對地球上的生命來說，最嚴(yán)重的宇宙危險(xiǎn)是由于太陽定期地經(jīng)過銀河系的旋臂。每2．5億年，我們的太陽系就繞行銀河系一周，雖然旋臂也自轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速要慢一些，因?yàn)楹阈窃谛壑械脑萍蛊溥\(yùn)行速度慢下來。耶路撒冷希伯來大學(xué)的沙維夫?qū)碜糟y河系的危險(xiǎn)進(jìn)行研究。他說：“旋臂運(yùn)行得要比恒星慢，因而造成恒星的交通阻塞?！贝蠹s每隔1．5億年，太陽追上一只旋臂并經(jīng)過其中。在太陽系用來在旋臂上經(jīng)過的幾百萬年里，它承受著來自頭頂?shù)奈ｋU(xiǎn)。

超新星

銀河系包含1000億顆恒星。在任何給定時(shí)刻，都有好幾萬顆奄奄一息。雖然大多數(shù)恒星都悄無聲息地死去，但是每隔幾十年，一顆特大的恒星就會(huì)用光燃料并爆炸。

在不到1秒的時(shí)間里，恒星的內(nèi)核坍塌了。由于物質(zhì)被擠壓到一起，所以微觀世界的斥力發(fā)揮作用，將周圍的物質(zhì)向外推，形成一場災(zāi)難性的爆炸——產(chǎn)生一顆超新星。放射性同位素和自由電子向四面八方噴射，其能量轉(zhuǎn)而產(chǎn)生x射線和γ射線。

這種高能粒子即“宇宙射線雨”可能會(huì)對人類生活的地球產(chǎn)生強(qiáng)烈效應(yīng)，甚至對生命構(gòu)成巨大威脅，如果爆炸發(fā)生在距離我們200光年范圍內(nèi)。沒有人確切地知道，在銀河系任何軌道上的這種邂逅可能性有多大，但我們的確曉得，每當(dāng)?shù)厍蚪?jīng)過一條旋臂時(shí)，這種情況發(fā)生的可能性就會(huì)大得多。

2003年，沙維夫和同事、來自加拿大渥太華大學(xué)的威澤爾注意到，地球氣候史上的寒冷時(shí)期往往與大量宇宙射線襲擊地球的時(shí)間相巧合。他們斷言，這些射線可能來自附近的超新星。

為了衡量宇宙射線流動(dòng)過程中的漲落，他們轉(zhuǎn)而利用來自流星的證據(jù)。當(dāng)一個(gè)流星體與其母體小行星相分離時(shí)，其新鮮的表面就暴露在宇宙射線之下。后者便開始分解流星體的一些原子，以形成比較輕的元素。因此，一顆流星內(nèi)輕元素所占比例越大，流星就越老。流星的年齡看來集中在特定的時(shí)期。沙維夫和威澤爾認(rèn)為，這是因?yàn)橛钪嫔渚€的強(qiáng)度有高峰期。

然后，沙維夫和威澤爾將宇宙射線水平與通過觀察冰芯和樹的年輪搜集到的氣候記錄相比較。他們說，宇宙射線活動(dòng)少的時(shí)期與溫暖的“溫室”時(shí)期相吻合，而宇宙射線活動(dòng)多的時(shí)期則同“冰窖”時(shí)期相聯(lián)系。沙維夫說：“大約每隔1．5億年，地球就進(jìn)入銀河系的一只旋臂。與此相應(yīng)地出現(xiàn)一個(gè)寒冷時(shí)期，兩極的冰增多，冰河期頻仍?！?/p>

宇宙射線的這種方式如何能夠影響氣候并不完全清楚。沙維夫認(rèn)為，最可能的機(jī)制涉及云量的增加。當(dāng)宇宙射線撞擊地球大氣高層時(shí)，它們就將自己撞擊的大氣層原子中的電子撞掉，從而形成帶電荷的粒子。沙維夫說：“這些額外的帶電荷粒子能夠促使云團(tuán)形成，從而使更多的陽光被反射回太空。因而在地球上造成較為涼爽的氣候?！?/p>

還有一些科學(xué)家說，經(jīng)過旋臂時(shí)期和地球上的低溫之間的相關(guān)性從統(tǒng)計(jì)學(xué)上講是沒有說服力的。地球每隔1．5億年才途經(jīng)一條旋臂。但沙維夫和威澤爾所考察的寒冷期間隔卻為9000萬年～1．9億年。不過，假如這一分析是正確的，地球就會(huì)在幾百萬年內(nèi)進(jìn)入一個(gè)比較溫暖的時(shí)期——但首先，我們可能必須忍受一個(gè)寒冷期。沙維夫解釋說：“從原則上講，我們現(xiàn)在所目睹的應(yīng)當(dāng)是比較溫暖的氣候，因?yàn)榈厍蛞呀?jīng)離開人馬座—船底座旋臂。但實(shí)際上，我們還必須途經(jīng)獵戶座旋臂。這是鄰近人馬座—船底座的一條短暫的臨時(shí)旅途。”他和威澤爾認(rèn)為，一個(gè)短暫的冰河期仍可能出現(xiàn)，隨后則是一個(gè)5000萬年一6000萬年的溫室期。爾后我們將進(jìn)入英仙座旋臂，恢復(fù)冰窖狀態(tài)。如果其效應(yīng)像沙維夫和威澤爾所想的那樣顯著，地球?qū)脮r(shí)就可能會(huì)發(fā)生全球性的冰蝕——即“球狀地球”。

巨大的分子云

對地球來說，更多危險(xiǎn)集中隱藏在銀河系的旋臂之中：由氫氣構(gòu)成的濃濃的云團(tuán)，稱為巨大分子云?？屏_拉多大學(xué)的亞歷克斯·巴甫洛夫認(rèn)為，與這種云團(tuán)的邂逅可能會(huì)導(dǎo)致物種的大量滅絕，甚至還有一場雪球狀冰蝕，從而將整個(gè)地球覆蓋在冰川下面。

巴甫洛夫及其同事利用一個(gè)大氣層氣候模型進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)論是，最濃的云團(tuán)能夠使地球的大氣層充滿塵埃，遮蔽陽光，使地球陷入混亂的冰川期。在一般情況下，通過太陽風(fēng)的壓力，大氣層得到保護(hù)，從而使地球免遭宇宙塵埃的侵害。太陽風(fēng)就是來自太陽的離子流。但巴甫洛夫估計(jì)，一個(gè)高濃度云團(tuán)能夠使太陽風(fēng)減弱。他說：“氫氣所產(chǎn)生的壓力會(huì)克服太陽風(fēng)的壓力，從而使地球暴露在星際塵埃之下?！痹谖覀兊男行谴┰揭粋€(gè)云團(tuán)的20萬年期間，氣候會(huì)迅速地陷入冰川的魔掌。

巴甫洛夫估計(jì)，每30個(gè)云團(tuán)當(dāng)中就有1個(gè)具有充分的濃度，使地球充斥塵埃。大約每隔10億年，地球就可能會(huì)陷入到其中一個(gè)高濃度云團(tuán)之中。地質(zhì)學(xué)證據(jù)表明，在其46億年的歷史中，地球起碼有兩次完全凍結(jié)——大約7．5億年前——但是迄今為止，還沒有人為這些大規(guī)模降溫找到令人信服的起因。巴甫洛夫及其同事認(rèn)為，答案可能是極高濃度的云團(tuán)。他說：“與其他機(jī)制所不同的是，高濃度云團(tuán)的作用會(huì)很劇烈、快速和持久。”

就好像雪球狀冰蝕還不夠糟糕，巴甫洛夫認(rèn)為，低濃度的云團(tuán)也可能會(huì)給地球上的生命造成損害?？焖龠\(yùn)動(dòng)的氫原子核能夠充當(dāng)宇宙射線。他說：“即使塵埃不能進(jìn)入大氣層，云團(tuán)所產(chǎn)生的宇宙射線也可能進(jìn)入，并在大氣層分解臭氧?！痹茍F(tuán)所產(chǎn)生的宇宙射線的強(qiáng)度本身就能產(chǎn)生類似于r射線爆的效應(yīng)，加速臭氧的分解。

通常情況下，地球的磁場保護(hù)它免遭宇宙射線侵害。但如果一個(gè)云團(tuán)的出現(xiàn)與磁場的一次定期翻轉(zhuǎn)的時(shí)間巧合(在此期間磁場會(huì)弱得多)，那么宇宙射線就會(huì)大量涌入。巴甫洛夫說：“磁場一般每20萬年翻轉(zhuǎn)一次，而與一個(gè)云團(tuán)的相撞很可能會(huì)持續(xù)100萬年左右。因此看來合理的是，大多數(shù)相撞都會(huì)與起碼一次磁場翻轉(zhuǎn)相巧合?！?/p>

一個(gè)云團(tuán)加上一次磁場逆轉(zhuǎn)會(huì)使臭氧含量起碼降低40％——足以使大量的紫外線輻射到達(dá)地表，引起物種的大量滅絕。而遇到一個(gè)低濃度云團(tuán)的概率則要高得多：我們每2．5億年大概就會(huì)遇到8個(gè)。

那么有什么證據(jù)表明以往發(fā)生了云團(tuán)撞擊呢?得克薩斯州休斯敦高級太空研究中心的約翰·林賽認(rèn)為，從月球上攝取的土壤樣本支持了一個(gè)想法，即地球曾途經(jīng)分子云。月球土壤的生成是通過大型流星體撞擊月球和摧毀月球表面的巖石。然而，如果受到微型流星體和塵埃的轟擊，土壤粒子會(huì)再次聚合到一起，這些土壤會(huì)重新結(jié)成塊狀。

林賽說：“在1971年的‘阿波羅15’登月任務(wù)期間所鉆到的巖芯中，我們發(fā)現(xiàn)順著地層柱狀剖面向下有各種大小的土壤粒子?！彪m然鑒定這些土壤的年代被證明難度很大，但科學(xué)家還是在粒子大小的分布中發(fā)現(xiàn)了有規(guī)律的高峰?？茖W(xué)家認(rèn)為，這些土壤粒子以每隔2．5億年左右一次的速度覆蓋月球——與地球上的大冰河期之間的間隔差不多。

林賽說：“我們推測，這些時(shí)期與月球和地球途經(jīng)銀河系旋臂的時(shí)間相吻合?！边@與一個(gè)事實(shí)相一致，即云團(tuán)在旋臂中比較常見，太陽途經(jīng)旋臂時(shí)太陽系有可能遭受塵埃和宇宙射線的轟擊。

再來看地球上，巴甫洛夫認(rèn)為，塵埃的涌入可能造成了巖石中鈾235含量的增加。他說：“地質(zhì)學(xué)家目前正在檢驗(yàn)這一假設(shè)?！?/p>

彗星和小行星

在超越冥王星以外的星空，即太陽系的邊緣，運(yùn)行著一個(gè)由冰塊組成的云狀天體，稱為奧爾特云。奧爾特云的引力平衡經(jīng)常被打亂，以致一兩個(gè)冰塊會(huì)變成彗星，開始朝著太陽系內(nèi)部墜落，因而有可能撞擊地球。

在距離地球較近的地方，圍繞著太陽運(yùn)行的有許多由巖石構(gòu)成的小行星。如果它們的軌道與地球交叉，它們就可能會(huì)落到地球上造成嚴(yán)重后果。墨西哥尤卡坦半島上具有6500萬年歷史的齊克蘇魯伯隕石的年代與恐龍滅絕的年代相吻合。

那么類似事件發(fā)生的可能性有多大?該隕石的發(fā)現(xiàn)者、加拿大卡爾加里大學(xué)的希爾德·布蘭德說：“像齊克蘇魯伯規(guī)模的一次撞擊是概率為1／108的事件。但要造成像6500萬年前那樣程度的毀滅，隕石必須撞在碳酸鹽和硫酸鹽上，使大量二氧化碳、二氧化硫和硫進(jìn)入大氣層。與此形成對照，西伯利亞100千米寬的隕石坑的證據(jù)則表明，雖然大約3500萬年前發(fā)生了大撞擊，但是當(dāng)時(shí)并沒有發(fā)生大規(guī)模的物種滅絕事件。因此，地點(diǎn)是關(guān)鍵。”

γ射線爆叢

并非地球所遇到的一切風(fēng)險(xiǎn)都是由于我們途經(jīng)旋臂所致。20世紀(jì)60年代末，美國使用裝備著r射線探測器的軍用衛(wèi)星來監(jiān)視違反禁止大氣層核試驗(yàn)條約的蘇聯(lián)核試驗(yàn)。但這些探測器并沒有接收到來自地球的信號，而是不斷地截獲來自外層空間的短暫而劇烈的信號。

幾十年后的今天，我們?nèi)圆恢朗鞘裁丛斐蛇@些爆叢。但天文學(xué)家的猜測是，它們暴露出一顆特大恒星所產(chǎn)生的一種特殊的超新星。與普通的超新星相比，一場γ射線爆叢的亮度大約是其100倍。

由于γ射線爆叢在遠(yuǎn)達(dá)已知宇宙邊緣的地方都能看到，所以天文學(xué)家們大約每天都發(fā)現(xiàn)一次，而在我們銀河系里發(fā)生的超新星幾十年才有一顆。普通的超新星在整個(gè)宇宙中要常見得多。但堪薩斯大學(xué)的布萊恩·托馬斯及其同事則認(rèn)為，γ射線爆叢可能會(huì)對地球上的生命構(gòu)成大得多的威脅。利用一個(gè)大氣層電腦模型，他們計(jì)算出，如果一個(gè)爆叢發(fā)生在距離地球6000光年以內(nèi)，它就會(huì)使地球喪失35％左右的臭氧層，用3倍于紫外線β的射線損害生命。雖然爆叢只持續(xù)幾秒，但其影響卻在以后許多年里都會(huì)感覺到。

磁 星

磁星屬于宇宙中最奇特的天體之列：一種特殊的中子星，其磁場的強(qiáng)度在宇宙中首屈一指。它們是不到10年前才被發(fā)現(xiàn)的，被認(rèn)為是超新星的遺跡。它們不時(shí)地發(fā)出r射線和x射線的閃光，持續(xù)時(shí)間只有半秒左右，隨后可能有一個(gè)持續(xù)幾分鐘的響亮的信號。磁星發(fā)光時(shí)，其僅在一秒里所傳送的能量就相當(dāng)于我們的太陽整整一年。

2004年12月27日，NASA天體物理學(xué)家格萊爾斯及其同事觀察到一場短暫的烈焰，其亮度是以前所見到的100倍，亮光來自一顆稱為SGRl806-20的磁星。這使他們開始思考一顆磁星能夠?qū)Φ厍虍a(chǎn)生的影響。格萊爾斯說：“SGRl806-20被認(rèn)為距地球3萬光年以上。但如果它比較近，譬如說10光年左右，那么其r射線就會(huì)嚴(yán)重?fù)p害地球的臭氧層?！?/p>

1950年，荷蘭天文學(xué)家奧爾特做了一個(gè)有關(guān)彗星軌道的統(tǒng)計(jì)研究，發(fā)現(xiàn)軌道半徑為3萬光年～10萬光年的彗星數(shù)目很多。他推算那里有個(gè)大致呈球?qū)訝畹腻缧莾?chǔ)庫，存在上千億顆彗星。早在1932年歐匹克就曾提出過類似看法，因而這個(gè)彗星儲(chǔ)庫稱為“奧爾特云”或“奧爾特－歐匹克云”。那里的彗星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期長達(dá)幾百萬年。按照近年的深入研究，奧爾特云中有上萬億顆彗星。當(dāng)然，這些遙遠(yuǎn)的彗星絕大多數(shù)尚不能被人直接觀測到。只有在恒星的引力攝動(dòng)下或彗星相互碰撞時(shí)，彗星發(fā)生很大的軌道變化，沿扁長軌道進(jìn)入太陽系內(nèi)部時(shí)，才成為“新”彗星被觀星者發(fā)現(xiàn)。