5万年前，一块直径超过100英尺的致密镍铁合金体进入了地球大气层。它以每小时4.5万英里的速度冲向地表，撞击在北美茂密的林地中。撞击在如今的亚利桑那州北部留下了一个巨大的洞——深590英尺，宽四分之三英里。
如今，我们称这个地方为陨石坑。它曾让一代又一代的人着迷，但我们才刚刚开始了解挖掘出这个非凡地点的现象——小行星。为了真正了解这个自然奇观的规模，《大众科学》派出了极限科学记者Jake Roper，带我们进行一次视频导览。
为了理解陨石坑发生的事情，我们必须回到太阳系的开端。当太阳刚刚形成时，尘埃和气体开始围绕着新形成的恒星运行。这些微小的物体相互碰撞，在不断的碰撞中逐渐聚集，形成越来越大的天体。其中许多变成了行星及其卫星，但仍有一些残余物，尤其是在火星和木星之间。这两颗行星之间的空间里有数以万计这样的天体。
为了重申视频中的一个快速词汇课：根据NASA的说法，小行星是围绕太阳运行的小型岩石天体；彗星与小行星相似，但它们倾向于更冰冷，当靠近太阳时会留下蒸汽轨迹；流星是我们称之为当小行星进入地球大气层时划过天空的火光；而陨石则是到达地球表面的小行星残骸。
偶尔，一颗小行星会撞击另一颗小行星，或者穿越行星的引力场，被射入太阳系的内层。当这种情况发生时，小行星可能会进入新的轨道，坠入太阳，或者撞击另一颗行星——比如地球。
“这几乎就像一个弹珠游戏，”NEOWISE项目（该项目使用广域红外巡天探测器（WISE）绘制近地天体（NEO）如小行星的地图）的首席研究员Amy Mainzer说。
在其最初的运行期间（2009年至2011年），WISE探测器识别并绘制了我们太阳系中34,000多颗小行星的图谱。自2013年12月重新启动以来，科学家们已经发现了我们太阳系中的178颗新小行星，其中包括58颗距离足够近，可以被视为近地天体。
转折点
直到20年前，没有人真正关注过像导致陨石坑事件那样的事情是否可能再次发生。当许多天文学家考虑小行星时，他们称它们为“天空的害虫，”Mainzer说——不是因为它们构成威胁，而是因为它们阻碍了对其他天文天体的观测。
但在1994年，全世界都惊叹不已，Shoemaker-Levy彗星的碎片撞击了木星——这是首次有人观测到类似小行星的天体与行星相撞。
这次撞击在气体巨星的大气层中留下了巨大的、明显变色的疤痕，其大小相当于数个地球，并且持续了数月。在Shoemaker-Levy撞击之前，人们对追踪可能对地球造成严重损害的天体的努力相对温和。但在木星被撞击后，人们对小行星（和小行星撞击）的兴趣飙升。好莱坞拍摄了电影。美国政府也向NEOWISE及其前身等NASA项目投入了资金，要求它们查明有多少可能毁灭地球的小行星存在，以及如果小行星撞击地球会发生什么。
撞击的解剖
第一次看到陨石坑可以改变任何人的视角——包括那些专业研究小行星的人。Amy Mainzer已经编目了许多比形成陨石坑的那个小行星大得多的天体，但她称第一次看到这个地点时的反应是一种本能的冲击。“这表明，并不需要一颗非常大的小行星就能在地表留下一个非常大的洞，”她说。
但那个洞究竟是如何形成的呢？
“在19世纪70年代，人们对一次大型流星撞击的看法非常不正确，”普渡大学的地球物理学家Jay Melosh解释说。“他们认为就像子弹射入地面一样。”当你向地面开枪时，子弹会产生一个小弹坑，子弹消失在地面中，埋在土壤里。
“以[小行星]移动的速度，大气层几乎就像一面砖墙，”Melosh说。较小的小行星，或金属含量较低的小行星，会完全碎裂并燃烧殆尽。但即使是撞击亚利桑那州的那颗更坚固、更致密的小行星，在穿越大气层时也受到了挤压。当它最终撞击时，它形成了一个巨大的陨石坑，但它没有像子弹那样钻入地下，而是爆炸了，将地貌散落得满目疮痍。
这些物理原理让Daniel Barringer大失所望，他是第一个提出陨石坑是由撞击形成的地质学家。他希望能通过开采地下的原材料发财，并在陨石坑深处挖掘以寻找宝藏，却没意识到小行星剩下的只是散落在地貌上的金属碎片。
即使在Barringer于1929年去世后，科学家们仍继续访问该地点。他们绘制了陨石坑周围的金属碎片图，并发现了真正发生的事情。其他人，包括Melosh，也为该地点的普遍知识做出了贡献，并计算了撞击的角度以及小行星撞击地球时的速度。
Melosh创建了一个互动网站，展示了不同类型流星撞击可能发生的情况。致密、富含金属的小行星即使体积较小，也可能留下显着的痕迹，而较大的冰质或岩石体可能只会留下视觉上的影响，类似于2013年俄罗斯车里雅宾斯克发生的事件。
安装在俄罗斯汽车仪表板上的摄像头捕捉到了一个即使按俄罗斯行车记录仪标准也算不寻常的景象：一个巨大的火球划过天空。
流星在撞击地面之前就爆炸了，震碎了俄罗斯车里雅宾斯克市的窗户，但没有留下陨石坑。
像车里雅宾斯克事件这样的事件比陨石坑事件要常见得多，但在未来，我们必须为任何事情做好准备。
模拟：流星会很快灭绝人类吗？
流星的类型
该模拟器以1亿年的时间跨度模拟流星撞击地球，其直径根据美国和英国行星科学家的研究而变化。在此模拟中，陨石是岩石的，在遇到大气层时速度为38,000英里/小时，并以45度的角度撞击地球——这些都是最可能的值，但已简化了实际撞击者特性的范围。我们将流星按大小分为五类
- 无破坏性的流星很可能在大气层中燃烧殆尽。
- 中度破坏性的撞击体通常以陨石的形式撞击地面，但造成的伤害非常小，甚至没有。有些会像火球一样在空中爆炸，例如2013年俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸的流星，其能量足以震碎窗户。
- 严重破坏性的陨石会留下比陨石本身大10倍的陨石坑。陨石坑是由中等范围内的撞击形成的。
- 灾难性事件会引发相当于尼泊尔级别的地震，并以撞击能量点燃50英里外的树木和草地。
- 灭绝事件造成的破坏如此之大，以至于地球会因为所有被送入大气层的尘埃、烟灰和灰烬而陷入“撞击冬天”。这种规模的事件——导致墨西哥尤卡坦半岛的奇克苏鲁伯陨石坑——很可能导致了6500万年前恐龙的灭绝。
未来的撞击
真正大规模的小行星撞击（例如导致恐龙灭绝的那次）的后果非常严重（灭绝、气候变化、对我们已知的生活的颠覆），因此科学家们一直在关注天空。
Mainzer估计，目前太空中90%以上真正巨大、可能导致灭绝的小行星已经被发现。但那些较小的小行星呢，比如形成陨石坑的那颗？研究人员只知道其中约1%的。科学家们根据以前的天空勘测和计算机模型，估计还有多少小行星有待发现，但由于小行星是与黑暗背景对比下的微小黑暗岩石，它们极难探测。
只知道1%可能听起来很可怕，但不要惊慌。
“如果[小行星撞击]更常见，人类就不会存在了。”Mainzer说。她希望在明年，NASA能够批准一项名为“近地天体相机”（NEOCam）的长期专用小行星探测航天器。尽管WISE做得很好，但它最初并非用于小行星探测（它最初是为了绘制整个天空的地图）。如果获得批准，NEOCam将监测小型小行星，跟踪即使是传统望远镜难以看到的小型、黑暗的天体。该探测器将能够运行数年（而不是WISE数月的寿命），从而使研究人员能够长期跟踪小行星。然后还有前往小行星本身的任务。NASA的黎明号任务目前正在访问小行星带的巨大原行星，收集关于小行星成分及其环境的信息。（它还传回了一些很棒的照片。）
到2025年，NASA计划捕获一颗小行星并将其带回地球轨道。NASA正在确定哪些近地小行星能够让航天器快速到达。到目前为止，它们已经确定了四颗可能被从当前位置拖到月球附近的小行星。
这项小行星重定向任务（ARM）主要 intended to be a training ground for astronauts, practicing skills that might prove useful if a mission to Mars ever materializes. They would use tools to take rock samples and explore the surface of the asteroid, potentially even bringing samples back to Earth.
但这项任务还有另一面。如果NASA能够成功地将一颗小行星引导到地球轨道，那么它就可能能够将另一颗小行星移走，从而可能阻止未来发生类似陨石坑级别的撞击。
如果发生撞击，损害将取决于小行星撞击的地点。如果一颗岩石掉入海洋，它可能造成的损害非常小。如果撞击陆地，它可能形成另一个巨大的陨石坑，摧毁落点区域内站立或生长的一切。尽管城市中心正在向四面八方扩张，但像时代广场这样人口稠密地区与巨大小行星发生碰撞的几率非常非常低。
但这并没有阻止我们为最坏的情况做计划。除了ARM，还提出了许多小行星偏转技术，包括核弹和彩弹。
但其中一个更可行的想法是更好地绘制小行星的地图。非营利组织B612基金会计划在2018年发射哨兵空间望远镜，其目标是识别和跟踪进入地球空间的物体。
随着NEOCam和Sentinel等项目的推进，未来那些惊叹于陨石坑的后代至少可以稍微安心一些。
