小行星並非我們面臨的唯一威脅 物種滅絕原因仍無定論|超新星|暗物質|宇宙射線

恐龍滅絕也許是由小行星撞擊導致的。

如果太陽系從星際雲中穿過，會發生什麼事情？

　　新浪科技訊 北京時間12月13日消息，據國外媒體報道，我們如今能存活下來純屬僥倖。進化過程很可能會出現另一種結果，稍有不慎就不會是當今的局面。從冰河時代到小行星撞擊，地球上的生命總面臨著各種各樣的事故、詭異的狀況和巨大的災難。還好它們知道如何應對這些偶發事件，我們如今才得以繁衍生息。

　　若是如此，我們就需要從整體上理解生命的進化歷程。微生物是由它們的生活環境所塑造的，這些環境則是由火山和冰層等強大的地質力量、以及不斷改變的氣候所塑造的。但我們應當把眼界再拓寬一些。這些巨大的力量是否受到了宇宙中更強力量的影響呢？太陽系中、甚至銀河系中的天文學現象是否都起到了一定作用呢？我們如今得以倖存，是否也和夜空中的繁星有關呢？

　　在天文學事件對進化的影響中，最著名的假說便是，一顆隕石在6600萬年前擊中了地球，導致了恐龍滅絕。該假說由物理學家路易斯·阿爾瓦雷茲（Luis Alvarez）與身為地理學家的兒子沃爾特、以及同事們於1980年共同提出。

　　研究人員發現，在世界各地與恐龍滅絕同時期的沉積岩中，都含有大量稀有元素銥。該研究團隊指出，這些銥或許是由隕石帶到地球上的，因為銥在小行星中的含量比地球上大得多。這樣的撞擊究竟是如何導致所有恐龍悉數滅絕的，科學家對此還在爭論不休，但可能的原因有很多。

若這顆伴星真的存在，可能會對奧爾特雲造成干擾。

地球無時無刻不在接受宇宙射線的撞擊。

　　撞擊時釋放的能量可以在全球範圍內引發火災。研究人員估計，要想向地球上輸送這麼多的銥，隕石的直徑需達到10公里。如此巨大的隕石釋放的能量多達氫彈的數百萬倍。此外，由爆炸噴射到空氣中的灰塵和碎石還會遮擋陽光，導致地表氣溫在接下來數年中持續下降。

　　1991年，科學家在墨西哥發現了一處直徑達160公里的撞擊坑，地質年齡也剛好與恐龍滅絕時期溫和。這為隕石撞擊假說提供了支持。我們還不清楚隕石撞擊對恐龍的滅絕究竟起到了怎樣的作用。有證據顯示，恐龍當時已經開始走向沒落了。但我們有理由相信，這樣巨大的災難足以在進化史上留下濃墨重彩的一筆。這一發現也讓人們對隕石撞擊感到更加憂慮。

　　不過，隕石撞擊並不是恐龍滅絕的唯一解釋。Tokuhiro Nimura是日本空間保護協會的一名研究人員。Nimura和同事們於今年3月提出，當時之所以會氣溫下降、銥含量升高，是因為太陽系從一片分子雲中穿行而過。分子雲是太空中一種由氣體和塵埃構成的雲團，是孕育恆星的場所。這些塵埃在地球大氣中不斷累積，結果遮擋了陽光，導致氣溫下降。

　　這一構想可以回溯到1975年。英國天文學家威廉·麥克雷（William McCrea）曾提出，若地球從「塵埃帶」中穿過，便會導致冰河時代的到來。但天文學家米切爾·伯格爾曼（Mitchell Begelman）和馬丁·里斯（Martin Rees）當時指出，這些塵埃其實會影響由太陽發出的粒子的行動軌跡，從而使地球暴露在大量輻射之下，在引發氣候變化的同時，還會導致物種滅絕。

　　Nimura如今重提了麥克雷的觀點，認為墨西哥發現的撞擊坑不足以導致白堊紀末期的物種大滅絕。不過到目前為止，該觀點大部分仍只是猜測而已。「在我看來，這個想法很有意思，聽上去也可行，但還缺乏進一步研究，也沒有明顯的證據支持。」加拿大雷琴納大學的天文學家馬丁·比奇（Martin Beech）表示。

　　6600萬年之前的這次滅絕是已知的幾次「物種大滅絕」之一，全世界的物種似乎都在突然之間滅絕了。規模最大的一次滅絕事件發生在2.52億年前的二疊紀時期，當時地球上超過96%的物種不幸滅絕。如今地球上的所有生命都是從剩下的4%演變而來的。因此，如果這次物種大滅絕沒有發生的話，進化史的走向將會全然不同。而在其它物種滅絕之後，倖存的物種便得以迅速擴張，多樣性也大大增加。

　　至於這些物種大滅絕事件的原因，古生物學家一直爭論不休。也許生態系統天生就是這麼運作的。由於所有生命都相互依存，因此只要一個種群中發生了一點小小的變化，有時便會引發多米諾效應，使整個生態系統翻天覆地。但大規模物種滅絕更可能由生物界之外的原因所引發。

　　三疊紀晚期的物種大滅絕就是如此。地球上一半的物種都在此次事件中滅絕。而這次滅絕事件也許是由愈發頻繁的火山活動所導致的氣候變化引發的，但隕石撞擊或許也是原因之一。這樣災難性的隕石撞擊也許並不是運氣不好導致的，相反，這可能是宇宙的系統性安排。

圖為來自深空的宇宙射線擊中地球。

圖為伽馬射線暴擊中地球。

　　一個著名假說提出，太陽有一顆黯淡的伴星，由於距太陽過遠，從未直接被我們觀測到。這顆恆星被稱為「涅墨西斯」（Nemesis，神話中的復仇女神），又稱「死星」。它可能會階段性地把太陽系邊緣的冰岩吸引過來，撞向地球附近的區域。

　　這一假說由兩支天文學家團隊於1984年提出，分別由丹尼爾·惠特邁爾（Daniel Whitmire）與阿爾伯特·傑克遜（Albert Jackson）和馬克·戴維斯（Marc Davis）、理查德·穆勒（Richard Muller）和皮埃特·哈特（Piet Hut）組成。他們都受到了1984年初的一項發現的啟發：大規模物種滅絕的發生是有規律的，在過去的5億年間，大約每2600萬年發生一次。

　　科學家認為，涅墨西斯在距太陽約1.5光年的軌道上運行，它的引力會對奧爾特雲造成干擾。奧爾特雲位於冥王星軌道之外，分布在距太陽0.8光年到3光年之間，由各種冰狀天體構成，在太陽的引力作用下，鬆散地聚集在一起。奧爾特雲是「長周期彗星」的發源地，這些彗星每隔幾百年、或者更長時間，便會返回太陽系內部一次。

　　涅墨西斯可能是一顆體積較小的恆星，也許是一顆紅矮星或褐矮星，比木星這樣的巨行星大不了多少。因此它從未被我們發現過。即使用最強大的望遠鏡，也難以在這麼遠的距離上觀測到它。但涅墨西斯理論還不止存在這一點問題。在2010年發表的一項研究中，堪薩斯大學的天體物理學家艾德里安·米勞特（Adrian Melott）以及華盛頓史密森尼學會的理查德·班巴奇（Richard Bambach）利用最新數據，重新分析了化石記錄。他們證實了大規模物種滅絕每隔2700萬年便會發生一次。但他們指出，這一規律「太過規律」，與涅墨西斯理論並不契合，因為像涅墨西斯這麼遙遠的矮恆星肯定會受到附近的其它恆星干擾，所以彗星的光臨不可能這麼有規律性。

　　也許導致大規模物種滅絕的罪魁禍首並不是太陽的伴星，而是另一顆行星。1985年，惠特邁爾和同事約翰·馬蒂斯（John Matese）提出，在海王星之外，也許還有一顆相對較小的岩質行星在太陽系中旋轉，質量約為地球的五倍。這顆行星會將彗星吸引過來，只不過這些彗星並非來自奧爾特雲，而是來自附近的柯伊伯帶。柯伊伯帶是位於太陽系邊緣的另一條冰岩帶，冥王星和衛星卡戎都是其中的一員。這顆假想中的行星被惠特邁爾和馬蒂斯稱作「X行星」（Planet X）。

　　雖然這顆行星就坐落在太陽系中，而且比地球還大，但我們完全有可能觀測不到它。在新視野號探測器去年抵達冥王星和卡戎之前，這兩個天體在我們眼中一直是兩個模模糊糊的影子。直到現在，我們才逐漸識別出了柯伊伯帶中一些其它的大型天體。如果行星X表面黯淡、反射率低的話，就很可能躲過我們的搜查。

　　此外，天文學家在今年一月份提出，太陽系中也許還有第九大行星，軌道同樣位於海王星之外，而質量約為地球的10倍。此前人們在觀察柯伊伯帶中的可見天體時發現，它們似乎受到了一股看不見的力的影響。上述假說便是受了這一觀測結果的啟發。

　　若該行星真的存在，它的作用也許不同於X行星。而這也說明我們並不清楚太陽系的邊緣究竟是怎樣一番情形。惠特邁爾目前就職於阿爾堪薩斯大學，他對X行星假說做了進一步研究。2015年，他通過研究說明，這一假設符合米勞特和班巴奇觀察到的、2700萬年的物種滅絕周期。並且他還提出，另一顆類似的天體「Y行星」可以為化石記錄中的另一項規律提供解釋。

　　這一規律是理查德·穆勒和羅伯特·羅德（Robert Rohde）於2005年提出的。他們發現，海洋生物的多樣性每隔6200萬年便會出現一次波動，這也許是由物種滅絕速率的變化、或新物種誕生速率的變化所引起的。米勞特稱，由「看不見」的行星引發的周期性彗星撞擊看似能解釋這些規律，但這些規律也可能是由其它更為遙遠的宇宙事件引發的。2007年，米勞特和同事米哈伊爾·梅德韋傑夫（Mikhail Medvedev）提出，這個6200萬年的變化規律或許與太陽系穿越銀河系時的一個特殊現象有關。

　　銀河系的形狀類似一個圓盤。它在旋轉時，太陽便會在銀河系平面上上下起伏，穿過太陽系、到達地球的宇宙射線數量也就會隨之變化。宇宙射線由高能亞原子粒子構成，如質子和電子等。科學家認為，它們是在高能量的天文事件中產生的，有些可能來自於超新星爆發，有些則發源於其它星系中央的黑洞。它們會對地球的環境造成多種影響，因此也會干擾生物的進化。宇宙射線是有害的。它們與空氣中的分子相撞時，會釋放出大量能夠導致DNA變異的粒子。這通常對生物無益。但輕微的變異卻能為自然選擇提供更多變數，使生命變得更加多樣化。

　　宇宙射線還能改變大氣層的化學組成。它們可能會產生帶電粒子，影響雲的形成，從而改變地球氣候。它們還可能破壞臭氧層，使地球暴露在有害的紫外線照射之下。由於許多宇宙射線來自於銀河系中的超新星爆發，隨著太陽系在銀河系中上下起伏，地球照射到的宇宙射線數量便會不斷改變，地球上的生命也會受到影響。但奇怪的是，這些效應只在海洋生物化石上有所體現。你可能會認為，海洋生物應當比陸地生物受到了更多的保護才對。

　　甚至連米勞特現在也認為這一假說無法解釋6200萬年的循環規律。他在2011年提出，這一現象也許是由地球本身的地質構造引發的，或許與板塊活動變化有關。米勞特和同事指出，海洋沉積岩的成分變化也體現出了這一規律。這或許與板塊運動導致的山脈堆積和侵蝕的速率有關。此外，致命的宇宙射線也可以解釋化石的變化。雖然我們一直處於低水平的宇宙輻射照射下，但如果超新星距地球過近的話，一次爆發所釋放的粒子便會產生致命性的後果。

　　超新星爆發隨時可能發生，一瞬間的亮度會使整個星系黯然失色。每年我們都會在其它星系中觀測到超新星爆發，但在銀河系中，已知最近的一次發生在約140年前。1572年，銀河系中也發生了一次超新星爆發，並且亮度十分驚人，僅靠肉眼便可觀測到。天文學家第谷·布拉赫（Tycho Brahe）親眼目睹了這一事件。

　　「第谷超新星」距太陽系足有7500光年之遙，不會構成任何威脅。但如果這樣的爆炸發生在太陽系附近，事情就麻煩了。地球不僅會遭受大量高能粒子的攻擊，還會受到致命的X射線和伽馬射線的照射。

　　那麼，這樣的事情可曾發生過呢？據估計，要對地球造成這樣的災難性打擊，超新星需處在方圓30光年的範圍內。但這一區間內的恆星數量很少。不過，2002年的一項研究指出，在過去的1100年間，有20次超新星爆發發生在距地球420光年的範圍之內，有些距我們只有130光年。這些事件可能會在化石記錄上留下痕迹。沉積岩中肯定是有跡可循的。超新星爆發會將恆星的外層物質拋入宇宙中，包括一些地球上十分稀有的原子。

　　鐵60便是這樣的原子之一。地球上不存在自然形成的鐵60。1999年，物理學家在深海的一處已有500萬年曆史的地質構造中發現了大量鐵60。月球「土壤」中同樣富含鐵60，它們似乎來自320光年之外的兩次超新星爆發，一次發生在700萬年前，另一次則發生在200萬年前。而在地球化石記錄中留下了痕迹的似乎是其中的第二次。

　　在今年八月發表的一項研究中，慕尼黑理工大學的天體物理學家肖恩·畢肖普（Shawn Bishop）和同事們報告稱，他們在氧化鐵化石中發現了鐵60。這些氧化鐵晶體最初是由細菌製造出來的，它們會利用磁性氧化鐵，使自身排列方向與地球磁場保持一致。鐵60出現在這些海洋沉積物化石中的時間約為260萬至280萬年前。

　　地球上的生命也可能受到了超新星爆發的影響。由於這些X射線與伽馬射線來自極其遙遠的地方，本身並不會造成直接威脅。「它們無法穿透地球大氣層，因此無法直接導致生物絕育、或大規模物種滅絕。」但畢肖普指出，這些射線可能會破壞地球臭氧層，從而造成間接威脅。「臭氧層被削弱之後，太陽產生的紫外線便會照射到地球表面，導致生命受到傷害。」

　　天文學家納西索·貝尼特茲（Narciso Benítez）和同事的計算結果顯示，即使相隔這麼遠的距離，超新星爆發也足以將地球上的臭氧層破壞殆盡。此外，米勞特和同事在今年七月發表的一項研究中估計，超新星爆發產生的宇宙射線大大增加了抵達地表的高能中子與渺子數量，使地面生物接收的總體輻射劑量多達原來的三倍。研究人員稱，這會誘發基因變異，引起癌症，還會導致氣候變化。

　　260萬年前，在上新世與更新世的過渡時期，似乎的確發生了一次小規模物種滅絕事件。但我們不能肯定它是否與超新星爆發有關。畢肖普表示，的確沒有直接證據表明超新星爆發對地球的進化史造成了偶然的影響。「隔了數百萬年之後，要證明這一點簡直難如登天。」例如，由於時間原因，我們無從收集並分析化石中的DNA，更不用提將超新星爆發前後的DNA進行對比了。

　　不過，宇宙中還有另一種爆發現象，比超新星爆發還要劇烈得多。宇宙中時而發生伽馬射線暴現象：當質量巨大的恆星發生劇烈爆炸時，會釋放出大量伽馬射線，時長從零點幾秒到數小時不等。伽馬射線暴是宇宙中已知的、能量最巨大的事件之一。

　　幸運的是，我們目前僅在非常遙遠的星系中見到過伽馬射線暴。但萬一這樣的事件發生在我們附近，超新星爆發相比之下簡直就像放爆竹一樣。更糟糕的是，「我們可能根本無法預知這樣的事件，頂多提前幾個小時。」米勞特指出。

　　還好，米勞特表示，伽馬射線暴只有在足夠近的地方才會對我們產生影響，也就是在地球方圓1萬光年的範圍之內，並且每隔1.7億年才會發生一次。這確實罕見，但地球誕生至今已過去了很長很長時間，足夠經歷許多次這樣的事件了。米勞特確實在2004年提出過，4.4億年前發生在奧陶紀末期的大規模物種滅絕也許正與伽馬射線暴有關。

　　與前文類似，X射線和伽馬射線會嚴重破壞地球的臭氧層，還會使大氣中形成厚厚的、霧狀的一氧化氮，從而使地表溫度下降。米勞特指出，奧陶紀末期物種大滅絕正好符合這一情況。例如，淺水海洋生物由於比深水生物受到的紫外線輻射更多，受到的影響也更大。此外，該時期的地球溫度的確大幅下降。

　　這樣的情形會再度上演嗎？地球上的生命還有20億年可活，在此之後，太陽便會逐步膨脹，導致地球不再宜居。馬丁·比奇在2011年的一項分析中估計，到時地球附近可能會發生20次超新星爆發和一次伽馬射線暴。不過我們還不需要為此擔心。

　　此外，米勞特認為我們可以通過測量附近恆星的年齡，對超新星爆發做好預測。在接下來幾百年間可能爆發的恆星中，距我們最近的是獵戶座參宿四。但它距我們仍然太過遙遠，不會構成任何威脅。比奇表示，我們甚至可以「操控」這些恆星，避免災難性的超新星爆發。「如果某個文明得知附近將發生超新星爆發事件，存活方法之一便是開展超級天文工程項目。」例如，他們可以使恆星損失一部分質量來避免爆炸，或是向恆星中加入某種特殊物質來推遲爆炸。「這樣的工程實際該如何操作，我還不清楚，」比奇說道，「但其中的物理原理是很好理解的。」

　　比奇指出，我們可以通過即將變成超新星的恆星尋找先進的外星生命。如果某顆恆星忽然表現得古怪起來，就說明它可能受到了刻意操縱。宇宙對地球的威脅還不僅如此。哈佛大學物理學家麗莎·藍道爾（Lisa Randall）在2015年出版的《暗物質與恐龍》（Dark Matter and the Dinosaurs）一書中指出，暗物質或許是殺死恐龍的罪魁禍首。暗物質不會與光發生反應，因此我們無法直接觀察到它。但它有質量，因此能夠通過引力對普通物質產生影響。

　　我們還不清楚暗物質究竟為何物。從未有人探測到一個暗物質粒子。但大多數物理學家和天文學家都對它的存在深信不疑。若沒有暗物質，星系就不可能在旋轉得這麼快的情況下還不分崩離析。據估計，宇宙中暗物質的總重量約為普通物質的五倍。科學家認為，它大致呈球狀圍繞在每個星系周圍。藍道爾指出，有些暗物質與其它暗物質不同。除了引力之外，它們還會受到電磁力的影響，而電磁力恰恰是使普通物質與光反應的力。這種奇異的暗物質會在星系平面上構成一個圓盤，當太陽系從中穿過時，奧爾特雲彗星的運動軌跡便會受到影響，結果導致了6600萬年前那起隕石撞擊事件。

　　紐約大學生物學家邁克爾·拉皮諾（Michael Rampino）進一步延伸了這一理論。他在2015年的一項研究中提出，一些暗物質粒子也許被地球捕獲、並在地核中被摧毀，釋放出的能量會引發火山活動，從而產生了米勞特發現的滅絕規律。

　　也許事實如此。但一些科學家認為，這一觀點全憑猜測，若不是由藍道爾這樣的知名科學家提出，根本不可能廣受關注。「只有提出新的物理法則，這個理論才能說得通。」米勞特指出。「在我看來，這個說法人為捏造的成分居多。」比奇也贊同米勞特的觀點。但比奇還補充道，雖然我們還無法證明銀河系中存在由暗物質構成的圓環，「但我們本來就對暗物質的分布和構成知之甚少，因此這種假說當然有可能成立。」講到這裡，還是要用那句老話來概括：「很有意思，但全憑猜測。」這些說法究竟值不值得相信呢？

　　本文探討的所有假說均未得到證實，許多都是猜測的結果。但退一步說，地球上的生命絕對與宇宙息息相關。難點在於，在一些特定事件中，我們不知道宇宙中發生的現象究竟起到了多大作用。這些影響只有在大時間尺度上才有意義，我們目前無需擔心生物圈會遭受這樣的威脅。在可預見的未來中，地球不會遭受災難性的隕石撞擊。不過保持警惕無疑是明智之舉。但要說人類文明並未面臨任何太空威脅，則言之過早。

　　米勞特指出，我們最應該擔心的是太陽耀斑。耀斑爆發時，會向地球拋射大量高能粒子和輻射，引發的電磁脈衝會嚴重干擾通訊系統。1859年就發生過一次這樣的時間，導致早期電報網路受到了很大破壞，一些操作員不幸觸電，線路還冒出了火花、發生了火災。這些都是災難性的結果。2012年，一次超級太陽風暴與我們擦肩而過，我們僥倖逃過一劫。但在1989年的同類事件中，加拿大電網受到了嚴重影響。

　　假如這樣的事情導致人類文明癱瘓，或許會在進化史上留下一筆。因為說來諷刺，這或許能阻止最近一次大規模物種滅絕。此事如今正在發生，完全是人類自己種下的惡果。這對於地球上的生命而言反倒是好事，而非沉重的負擔。我們也將因此看清，自己在宇宙面前是多麼微不足道。

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