砰与溅

太空可能是寂静的，但并不总是平静的。游荡在太阳系中的流浪彗星和小行星有时会与行星相遇，造成毁灭性的后果。1994年，舒梅克-列维9号彗星撞击木星，这一事件令人不安地提醒了我们这一点。这颗正在解体的彗星的每一个大碎片都在这颗巨行星的大气层中形成了一个巨大的黑点，从地球上的望远镜可以清楚地看到。地球也并非免疫。地球地壳上布满的大坑——例如亚利桑那州温斯洛附近的巴林杰陨石坑——提供了确凿的证据，证明地球在过去曾多次遭受撞击。

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巨型撞击可能对地球上的生命产生严重后果；它们在过去几乎肯定发生过。大多数科学家现在接受这样一个理论（由路易斯·阿尔瓦雷斯和他在加州大学伯克利分校的同事于1980年提出），即一颗直径约10公里的小行星在6500万年前撞击地球，导致包括恐龙在内的一半以上的物种灭绝。最近的地质和地球物理证据表明，这是一次异常严重的打击。相关的陨石坑，名为奇克苏鲁伯，位于尤卡坦半岛，可能是过去十亿年来在地球上形成的最大的撞击盆地。

当时没有人眼目睹那场可怕的爆炸。但是，研究人员在测试即将成为世界上最强大的超级计算机时，对上次或下一次重大撞击的样子有了令人不寒而栗的印象。这台机器位于桑迪亚国家实验室，正在为国防用途而开发。完成后，它将能够达到1.8万亿次浮点运算/秒，或每秒万亿次计算。

为了探索新型超级计算机的能力，桑迪亚的研究人员戴维·克劳福德和马克·博斯劳模拟了一颗彗星撞击海洋而不是核武器的复杂爆炸。该计算假设一颗直径为一公里的彗星，重约10亿吨，以每秒60公里的速度飞行，并以45度角撞击地球大气层。这个模拟天体实际上是相当小的，因为彗星都很大；海尔-波普彗星重约10万亿吨。研究撞击概率的行星科学家估计，一公里大小的天体会大约每30万年撞击一次地球。

克劳福德和博斯劳使用桑迪亚开发的冲击物理代码来解决这个问题，该代码非正式地被称为“砰与溅”。即使在超快的超级计算机上，该模拟也需要48小时才能完成。但是，这项努力取得了回报，得到了两部动画电影，生动地说明了彗星撞击的影响。

第一部是横截面视图（在本页顶部），从彗星在离地表30公里处开始。彗星在向下加速时在大气层中产生明亮的弓形冲击波。七分之十秒后，它撞击海洋，释放出300亿吨TNT当量的撞击能量——大约是1960年代冷战高峰时期所有核武器爆炸威力的10倍。能量的涌流在海洋中挖掘出一个巨大的瞬时空腔，并在下面的海底形成一个凹陷。

第二段动画——从（受到良好保护的）外部观察者的角度模拟的鸟瞰图——显示彗星本身几乎在撞击瞬间就被汽化了，同时还有300到500立方公里的海洋。高压蒸汽爆炸迅速升入大气层。来自彗星的汽化碎片和水蒸气被抛射到弹道轨道上，它们将绕地球运行，其中一些物质达到逃逸速度。

新的结果以图形方式证实了以前关于这种碰撞的可怕环境影响的观点。“这种模拟的独特之处在于，我们现在可以进行三维模拟，可以完全解决撞击的所有物理原理，”克劳福德说。这种类型的模拟已经证明了其基本准确性。两年前，克劳福德和博斯劳使用相同的计算机代码模拟了舒梅克-列维彗星对木星的撞击。他们的计算预测，一个可见的羽流将升起在行星的边缘之上，与天文学家实际观察到的情况非常吻合。

这里描述的这种撞击可能会宣告现代文明的终结；更强大的撞击，例如6500万年前发生的撞击，很可能标志着人类血脉的终结。早在这些彗星和小行星撞击危险接近地球之前，少数科学家就已经在跟踪太空中的威胁物体，并思考如何避开它们。怀疑论者指出了开发可以阻止撞击的技术在技术、政治和经济方面的困难。也许一些有说服力的图像将有助于这一事业。