乒乒乓乓的宇宙──如果彗星撞地球！

時間︰2004年01月10日
地點︰文化大學教育推廣部B1
主講人︰陳文屏（中央大學天文研究所、物理系教授）

地球是被「打大的」。地球原是一個小行星，後來跟別的小行星相撞，然後吸附在一起，但之後還是有其他東西不斷擊來。這個過程非常劇烈，甚至可以用轟擊來形容，並且會釋放出許多熱量，使地球處於融熔狀態。過了幾億年，轟擊漸漸緩和，它才慢慢冷卻下來，形成固體。

太陽會發光，是因為它會發生核子反應，可是在這麼高溫的環境下，氣體都已經游離，只剩原子核。而原子核帶正電，所以原子核和原子核之間有很強的排斥力，但互相排斥的原子核如何碰撞產生何反應？這就要靠「強作用力」，強作用力讓帶正電的質子靠近時是吸引在一起的，才能產生核子反應。所以太陽之所以能發光，能有漂亮的星星在天上，因為有原子核間的強作用力。看來跟我們沒有相關的事情，事實上提供了我們每天的光與熱。這些原子核彼此間還會有一些衰變，放出電子變成另一種原子核，這些核子作用會產生多樣的元素，也是原子核間的弱作用力才會造成這樣的現象。

電磁力我們就比較熟了，電磁的力量非常強，而我們可以在這邊站得穩穩的，就是地球的萬有引力把我們拉住了。這兩種力量，電磁力要大得多，以最簡單的元素「氫」來說，它中間有一個原子核，外面有一個電子，它們彼此間有萬有引力就像我們與地球之間一樣，它們彼此間也有電磁的力量。電磁的力量是萬有引力的多少倍？1後面跟了40個零，所以電磁力強得多了。但是電磁力有兩種，吸引力或排斥力，我如果稍微遠一點，就感覺不到氫中間的正電和負電間的吸引力了，再走遠一點，那個氫對我來說是不帶電的，可是那原子核和電子都還用萬有引力在吸引我。

總而言之，在宇宙中，電磁力量非常強，可是在很宏觀的尺度來講，常常是抵消的。太陽很熱，有一堆正電和負電的東西混在一起，我們稱為電漿，可是站在我們地球這邊來講，太陽是不帶電的，可是太陽對我們有很強的萬有引力，只有吸引的力量，所以以宏觀的大尺度來說，主宰宇宙結構的是萬有引力，萬有引力非常弱，所以它需要很長的時間，要在大尺度之下，它才佔便宜。

可是我們晚上看到星星在發亮，我們看到的宇宙的樣子，是電磁這個層面，因為它們發出來的光是電磁波，所以我們看到的宇宙和實際主宰宇宙的力量是不太一樣的。而一旦有了萬有引力，大家就會互相碰撞。

宇宙中的天體
銀河系中的恆星，像我們的太陽，它的半徑是70萬公里，把太陽和我們的距離，除上太陽的大小，剛好是108，是一億倍。就像台北的網球和一顆在菲律賓的網球，即使瞄準著丟，也很難撞在一起。但是幾千億顆恆星構成的一個集團、系統，靠萬有引力繞在一起，我們稱它為星系。而我們地球這個星系稱做銀河系，這個星系的大小大約是5~10萬光年，而星系間的距離大約是百萬光年。

也就是說，星系彼此間的距離，是它自己大小的幾倍而已，所以星系很容易撞在一起。可是星系是由一些恆星組成的，但如果星系撞在一起會怎麼樣呢？星系是由很多恆星和空氣組成，因為恆星很難撞在一起，於是當它們中間的氣體撞在一起，就會攪成一團。

太陽系包含了太陽、行星、衛星、灰塵、雲系等。太空裡的雲氣因為萬有引力縮在一起，一旦溫度升高，強作用力發生作用，就會產生核反應。如此，它們便可靠自己的氣體釋放出能量，有了能量後氣體就會跑得很快，彼此間就可以撐住。這個撐住的力量抵擋了向內的萬有引力，產生了一個處於平衡狀態的氣體球，這個自己會發光的球就是恆星，一如我們的太陽。太陽的溫度很高，有1500萬度，太陽內部會行核反應，將這些能量釋放出來；但到了外層，溫度不夠高，便沒有了核反應，可是來自內部的能量還是能抵擋萬有引力，把自己撐住。太陽是很擠的氣體，我如果在地球上拿起1c.c.的水，重量就大約是一公克，鐵則約有7~8公克，但是在太陽內部的氣體，1c.c.就有150公克了。

太陽是雲氣收縮後形成的東西，雲氣收縮後會旋轉，成為扁平狀；所以中間要是形成一個太陽，旁邊就會有一個扁平的結構；扁盤結構中間的灰塵彼此黏在一起，就像小冰塊黏在一起，會變成比較大的冰塊，於是便產生較大的萬有引力。如此一來，它們就可以吸引別人而越長越大，越大就會有更大的萬有引力，而再吸引別人。這些灰塵慢慢變成塵塊，形成了小行星，小行星跟太陽的萬有引力而轉，因而稱為行星。而繞著行星轉的叫衛星，月亮就是我們的衛星。我們如果做了一個繞著地球轉的衛星，叫人造衛星，而下一代的太空望遠鏡不是要繞著地球轉，我們要讓它繞著太陽轉，那就叫人造行星。

這些小行星間的萬有引力，有可能讓它們繼續凝聚在一起，聚集夠大了，我們叫它行星，不夠大，就還是當小行星。我們目前找到了九個還算像樣的行星，因為有八個滿大的，第九個冥王星非常小，比月亮還小，所以我們現在大多講有八大行星。

可是，有沒有東西會破壞它聚集在一起的趨勢？有啊！比如太陽附近的雲氣會繞著太陽轉，雲氣裡，灰塵聚集在一起，形成小行星，這些小行星彼此又聚集在一起，變成比較大的小行星，所以原來一個到處都滿有氣體灰塵的盤子結構，慢慢就會開出空隙來，造就了幾個大的東西出來。

誰先被做出來？木星。木星是太陽系裡最大的行星，它的體積大概比太陽小1000倍，因為它小，所以它的萬有引力讓它自己縮在一起時，中間的溫度不夠高到點燃核反應，所以它沒有辦法當恆星。可是萬有引力還在作用，所以木星在收縮，它會放熱，而原本都繞著太陽轉的小行星，在木星軌道周圍的就很慘了，因為它們隨時會被木星干擾，因此原本有機會聚集成行星的那堆小行星，沒有辦法聚集在一起，就變成一堆的小行星帶，聚在木星旁邊。

有一些小行星因此被影響，又被太陽的引力影響，吸引力不均勻，就會呈現凌亂的運動，有些小東西就會被拋出太陽系。這些被拋出去的東西，有的就離開太陽系了，有的拋出去後，又受引力拉回來，繼續繞著太陽運動，可是這時的運動是個很狹長的橢圓形，由各種方向繞著太陽，我們稱它為彗星的核。它們一直在那邊，可能有幾千億個，有的又會回到太陽附近，我們叫它彗星。

原來在這盤子裡、離太陽進的，一定都是耐高溫的金屬、岩石等，比較遠的就能存在比較像冰塊的東西，可以是甲烷等。所以盤子裡的小東西都叫它小行星，是一個泛稱，可是有一些含冰塊的質比較多，那些東西被拋出去很遠的地方，冰塊在很冷的地方，就跟石頭一樣，很硬。如果它不小心跑到太陽附近，太陽把它蒸發，固體昇華成氣體，繞在它旁邊，太陽輻射一吹，就拉出一個氣體長長的尾巴，這就是彗星的現象。彗星現象只有在這些冰塊靠近太陽時才有，否則的話，它就是石頭，冰塊中間還是參有沙質，就像刨冰一樣。所以彗星、小行星其實是一樣的東西，只是成份多多少少不一樣，或產生的現象不一樣而已。哈雷彗星每76年來一次，來一次剝一層皮，冰塊少掉了，氣體被吹走了。彗星活不久的，等到外面的皮剝完了，就剩下骨頭，就是小行星。但它中間有沒有石頭質，我們不知道，而這就是我們想知道的。因為萬一它來撞我們，我們總得想點辦法，彗星中間有金屬質，或是有石頭質，我們放的炸彈量應該不一樣，可是我們連這個現在都還不知道。

天體間的碰撞
而行星、小行星、彗星以外東西呢？剩下的東西一定還大大小小，充斥在太空裡，大的應該比較少，小的數量應該比較多，在太空中遊走。而地球也在太空裡跑，其他的天體形成以後也在跑，跑來跑去撞上了，就形成像月球表面上的隕石坑。月球因為沒有大氣層，所以一打一個疤，有大大小小的疤，都是和小東西相撞的結果。

地球當然也會中彈，可是地球得天獨厚，我們有大氣層，所以我們和這些東西相撞後，像沙子的碎渣掉到大氣裡，就會摩擦，產生熱，熱會讓氣體被激發，將熱以光能的方式放出來。當沙子與大氣摩擦生熱，大氣就會發光，我們就會看到流星的現象。我們平常看到的流星，就是像地上沙子般大小的碎渣掉進大氣層發生的現象，這現象隨時隨地都在發生。

彗星就像刨冰散在天空，如果不會散掉的話，會用萬有引力勉強把自己抓在一起，它是個零零落落的東西，也有人叫它很骯髒的雪球，當它走在軌道上，沿路一定灑了很多它的東西，如冰塊、石頭。當地球通過這些渣滓比較多的太空軌道區域時，流星的現象會特別多，那個現象就叫流星雨。地球一年大約可以碰到十幾次，這些沙子都進不了我們的大氣層，都被大氣削蝕掉了。可是如果像拳頭這麼大的石頭進入大氣層，除了會造成比較亮的流星（如火流星）以外，剩下的部份還會掉到地面，我們稱它叫隕石，更大的就會造成隕石坑。

地球除了有大氣層保護，它還是活的，地心有岩漿，大多是液體；外面是固體，地殼是飄在液體上面的，於是有板塊碰撞，所以早期的隕石坑大部份都被地表作用埋掉了。地球是怎麼做出來的？地球原是一個小行星，後來跟別的小行星相撞，然後吸附在一起，再來還是有別的東西一直打過來，所以地球是被「打大的」。太陽形成沒多久的幾億年，這個過程非常劇烈，甚至可以用轟擊來形容，並且會釋放出許多熱量，使地球處於融熔狀態。過了幾億年，轟擊漸漸緩和，它才慢慢冷卻下來，形成固體。

如果你今天做錯一件事情要被懲罰，你要選擇被汽車撞還是被子彈打？答案很明顯，子彈只有200公克，每秒行進的速度超過1000公尺，一輛汽車2000公斤，千斤頂頂起來放下去，每秒只有10公分，這就是為什麼我們都選擇被汽車壓的原因。一個東西動起來的能量，等於它的質量除以其速度的平方，汽車有2000公斤，質量是子彈的10000倍，可是子彈跑得快，速度是汽車壓下來的10000倍可是速度要平方，所以如果將子彈打下去的能量，換算成熱能，它所提供的能量是很可怕的。一顆200克的子彈就能造成這樣可怕的後果，各位想像，如果有一顆像我們教室這麼大的石頭，被地球的引力吸引，再以重力加速度掉進來，釋放出的能量與破壞力是相當可觀的。

其實，說不定就是這樣的撞擊才能造就出生命！地球上的水是哪裡來的？有可能是彗星帶來的，我們能演化成現在的生物說不定是彗星灑的種子。6500萬年前的大撞擊，對我們來說，還不算是壞事，因為物種滅亡了一半，但是卻可能因此跳躍演化成我們現在的世界。

轉載自[科學人]

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