對(duì)地球上的生命來(lái)說(shuō)，最嚴(yán)重的宇宙危險(xiǎn)是由于太陽(yáng)定期地經(jīng)過(guò)銀河系的旋臂。每2．5億年，我們的太陽(yáng)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(lái)。耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)的沙維夫?qū)?lái)自銀河系的危險(xiǎn)進(jìn)行研究。他說(shuō)：“旋臂運(yùn)行得要比恒星慢，因而造成恒星的交通阻塞。”大約每隔1．5億年，太陽(yáng)追上一只旋臂并經(jīng)過(guò)其中。在太陽(yáng)系用來(lái)在旋臂上經(jīng)過(guò)的幾百萬(wàn)年里，它承受著來(lái)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(wàn)顆奄奄一息。雖然大多數(shù)恒星都悄無(wú)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(chǎng)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(duì)人類生活的地球產(chǎn)生強(qiáng)烈效應(yīng)，甚至對(duì)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(méi)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(guò)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(lái)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(lái)自附近的超新星。

為了衡量宇宙射線流動(dòng)過(guò)程中的漲落，他們轉(zhuǎn)而利用來(lái)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(kāi)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(lái)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(guò)觀察冰芯和樹(shù)的年輪搜集到的氣候記錄相比較。他們說(shuō)，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(shuō)：“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(shuō)：“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(yáng)光被反射回太空。因而在地球上造成較為涼爽的氣候。”

還有一些科學(xué)家說(shuō)，經(jīng)過(guò)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(méi)有說(shuō)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(wàn)年～1．9億年。不過(guò)，假如這一分析是正確的，地球就會(huì)在幾百萬(wàn)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(shuō)：“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(kāi)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?！彼屯蔂栒J(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(wàn)年一6000萬(wàn)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(duì)地球來(lái)說(shuō)，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。科羅拉多大學(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(chǎng)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(yáng)光，使地球陷入混亂的冰川期。在一般情況下，通過(guò)太陽(yáng)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(yáng)風(fēng)就是來(lái)自太陽(yáng)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(yáng)風(fēng)減弱。他說(shuō)：“氫氣所產(chǎn)生的壓力會(huì)克服太陽(yáng)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(wàn)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(méi)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(shuō)：“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?！?/p>

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(shuō)：“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(chǎng)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(chǎng)的一次定期翻轉(zhuǎn)的時(shí)間巧合(在此期間磁場(chǎng)會(huì)弱得多)，那么宇宙射線就會(huì)大量涌入。巴甫洛夫說(shuō)：“磁場(chǎng)一般每20萬(wàn)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(wàn)年左右。因此看來(lái)合理的是，大多數(shù)相撞都會(huì)與起碼一次磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)相巧合。”

一個(gè)云團(tuán)加上一次磁場(chǎng)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(jí)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(guò)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(shuō)：“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(shuō)：“我們推測(cè)，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(jiàn)，太陽(yáng)途經(jīng)旋臂時(shí)太陽(yáng)系有可能遭受塵埃和宇宙射線的轟擊。

再來(lái)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(shuō)：“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(yáng)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(kāi)始朝著太陽(yáng)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(yáng)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(wàn)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(shuō)：“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(wàn)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(duì)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(wàn)年前發(fā)生了大撞擊，但是當(dāng)時(shí)并沒(méi)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(guó)使用裝備著r射線探測(cè)器的軍用衛(wèi)星來(lái)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(cè)器并沒(méi)有接收到來(lái)自地球的信號(hào)，而是不斷地截獲來(lái)自外層空間的短暫而劇烈的信號(hào)。

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(cè)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(chǎng)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(jiàn)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(duì)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(jué)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(chǎng)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(hào)。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(yáng)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(chǎng)短暫的烈焰，其亮度是以前所見(jiàn)到的100倍，亮光來(lái)自一顆稱為SGRl806-20的磁星。這使他們開(kāi)始思考一顆磁星能夠?qū)Φ厍虍a(chǎn)生的影響。格萊爾斯說(shuō)：“SGRl806-20被認(rèn)為距地球3萬(wàn)光年以上。但如果它比較近，譬如說(shuō)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?jiàn)W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(wàn)光年～10萬(wàn)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(kù)，存在上千億顆彗星。早在1932年歐匹克就曾提出過(guò)類似看法，因而這個(gè)彗星儲(chǔ)庫(kù)稱為“奧爾特云”或“奧爾特－歐匹克云”。那里的彗星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期長(zhǎng)達(dá)幾百萬(wàn)年。按照近年的深入研究，奧爾特云中有上萬(wàn)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(cè)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(zhǎng)軌道進(jìn)入太陽(yáng)系內(nèi)部時(shí)，才成為“新”彗星被觀星者發(fā)現(xiàn)。