科普 |《暗物质与恐龙》：地球霸主突然神秘消失，朗朗乾坤谁是幕后黑手？

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地球霸主突然神秘消失，朗朗乾坤谁是幕后黑手？

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听书笔记 

《暗物质与恐龙》的作者丽莎·兰道尔是美国科学院院士、著名理论物理学家。她是粒子物理学、超弦理论和宇宙学的专家，曾先后在麻省理工学院、普林斯顿大学和哈佛大学等世界顶级高校任教。

什么是暗物质？

暗物质与光不会发生任何相互作用，永远不可能被我们看到。暗物质也不会与普通物质发生直接的相互作用。因此，我们无法直接感知暗物质的存在。

尽管如此神秘莫测，暗物质却是宇宙中至关重要、不可或缺的一个组成部分。在宇宙中所有的物质中，暗物质所占的比重高达85%，而且在宇宙结构的形成过程中扮演着举足轻重的角色。

科学家为什么认为暗物质一定存在？

暗物质能够产生引力，进而通过引力对其周围的普通物质造成一定的影响。1933年，兹威基仔细观测了后发座星系团。后发座星系团中包含着好几千个星系，是一个非常庞大的大家庭。

兹威基观测后发座星系团的目的是测量这个星系团的质量。测量星系团质量的方法有两种。第一种方法叫动力学方法。这种方法测量位于星系团边缘的那些星系的运动速度，进而推断出它们所受到的引力的大小，最终计算出整个星系团的质量。第二种方法叫光度学方法。这种方法测量星系团中各个星系所发出的光的强度，然后计算出整个星系团中发光物质的质量。动力学方法测量的是整个星系团的总质量，而光度学方法测量的是星系团中能发光的普通物质的总质量。

兹威基发现，用动力学方法测出的结果，是用光度学方法测出的结果的400倍。据此，兹威基推断后发座星系团中还包含着大量完全不能发光的奇异物质。他把这些奇异物质称为“暗物质”。

此后，在长达40年的时间里，兹威基的暗物质理论一直得不到天文学界的认可。一直到20世纪70年代，天文学家薇拉·鲁宾用确凿无疑的证据，让世人相信了暗物质的存在。

一般来说，离地球比较近的人造卫星，运动速度会比较快；而离地球比较远的人造卫星，运动速度会比较慢。这是因为离地球比较近的人造卫星会受到比较大的地球引力，只有运动速度较快才能保证不掉下来。另一方面，离地球比较远的人造卫星会受到比较小的地球引力；因此它的运动速度不能过快，否则就会挣脱地球引力而逃逸到太空中去。同样的道理，星系边缘的恒星的运动速度不能太快，否则就会挣脱整个星系的引力而逃逸到太空中去。

但实际上，薇拉·鲁宾发现在星系边缘的恒星，它们的运动速度并不会随着与星系中心距离的增大而减小，而是一直保持不变。这意味着，星系的实际质量要远大于其中发光物质的总质量，否则就无法留住这些在星系边缘高速运动的恒星。据此，薇拉·鲁宾断定在星系中必然存在大量暗物质。

暗物质为什么会让彗星周期性地撞击地球，进而导致恐龙的灭绝？

恐龙生活在地球的中生代，也就是距今2.52亿年前到6600万年前之间。在超过1亿年的漫长岁月里，恐龙一直是地球的霸主。但在6600万年前，恐龙却从地球上神秘地消失了。

地质学家阿尔瓦雷斯父子通过对岩石层的探测发现。大约在距今6600万年前，一颗直径在10到15公里之间的巨大流星撞上了地球。这次撞击释放出来的能量相当于上百万亿吨的TNT炸药，因而导致了恐龙的灭绝。

1990年，科学家在墨西哥的一个小镇附近的海湾中找到了一个巨大的陨石坑。研究表明，它恰恰是阿尔瓦雷斯父子所预言的那颗流星撞击地球后留下的！由于这个有力的证据，学术界终于达成共识，正是这颗6600万年前撞击地球的流星，导致了恐龙的大灭绝。

一开始，人们都觉得灭绝恐龙的那颗巨大流星应该是一颗小行星。但1994年，发生了著名的慧木相撞事件，一颗彗星撞击了木星。从那以后，人们意识到导致恐龙灭绝的元凶更可能是一颗彗星。

当彗星靠近太阳的时候，会受到太阳风的洗礼，这会让彗星上的冰变成水蒸气，进而形成一条延绵数千万公里的长长彗尾。

荷兰天文学家简•奥尔特在1950年提出，在太阳系的最外围还存在一个巨大的球状气体云，称为奥尔特云。奥尔特云的质量不大，可能只有地球质量的5倍。但它是一个巨大的冰库，可以源源不断地产生新的彗星；正因为如此，今天的太阳系中才能看到如此之多的彗星。

一般情况下，奥尔特云中的彗星都会老老实实地在自己的运动轨道上运动。但在一些特殊情况下，一些彗星会变得不安分，脱离自己的运动轨道，并向内太阳系的方向飞去。作者认为，让恐龙遭遇灭顶之灾的元凶，就是一颗脱离自己运动轨道并飞向内太阳系的大块头彗星。

观测表明，银河系中的普通物质构成了一个相当扁平的大圆盘。太阳系就位于这个大圆盘的盘面上，并且一直绕着银河系中心的一个巨大黑洞旋转；据估算，太阳系大概要花2.4亿年，才可以绕银河系转上一圈。与此同时，太阳系也在银河系圆盘平面上下振动，振动周期大概是3200万年。

假设银河系中存在着一种非常特殊的暗物质。一般的暗物质会形成一个球状的结构，而这种特殊的暗物质则会像普通物质一样变成一个薄薄的圆盘。这个暗物质的圆盘会和银河系普通物质的圆盘叠加在一起，形成一个双圆盘的结构。

太阳系会在银河系圆盘平面上下振动，在此过程中，自然也会反复穿越暗物质的圆盘。当太阳系接近那个暗物质圆盘的时候，圆盘中的暗物质的引力就会对奥尔特云中的一些彗星造成干扰，使它们脱离自己原来的运动轨道。

丽莎·兰道尔统计了过去2.5亿年落到地球上的、直径大于20公里的陨石坑，然后发现这些陨石坑的出现具有周期性，而且周期恰好是3200万年。

解读 | 王爽

中山大学物理与天文学院研究员，科普作家，《给孩子讲宇宙》作者。

播音 | 张帆

策划编辑 | 陈艳

音频编辑 | 秦亚希