編者注：這篇文章最初刊登在2008年6月的《大眾科學》雜誌上。
1908年6月30日，早上7點14分，西伯利亞中部——當地農民謝苗·謝苗諾夫看到“天空一分為二。火出現在森林上方高而寬的地方……從……火所在的地方，傳來強烈的熱量……然後天空閉合，發出強烈的砰砰聲，我被丟擲幾碼遠……之後傳來這樣的聲音，彷彿……大炮在發射，大地在震動……”
這是對科學家們所稱的通古斯事件的最接近目擊者之一的令人痛心的證詞，這是現代人類歷史上發生在地球上的最大宇宙物體撞擊事件。謝苗諾夫在距離爆炸中心約65公里（40英里）的地方經歷了熊熊大火，但爆炸的影響也蔓延到北歐和中亞地區。有些人看到地平線上出現巨大的銀色雲彩和絢麗多彩的日落，而另一些人則目睹了夜空中發光的景象——例如，倫敦人可以在沒有人工照明的情況下，在午夜清楚地閱讀報紙。地球物理觀測站將他們記錄到的異常地震波和壓力波的來源定位在西伯利亞的一個偏遠地區。震中位於波德卡緬納亞通古斯河附近，這是一片無人居住的沼澤針葉林地區，一年中有八到九個月處於冰凍狀態。
支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
自通古斯事件以來，科學家和業餘愛好者都在思考是什麼原因造成的。雖然大多數觀察者普遍認為某種宇宙物體，無論是小行星還是彗星，在西伯利亞上空爆炸，但還沒有人找到該物體的碎片或受影響地區的任何撞擊坑。謎團仍然沒有解開，但我們的研究團隊，只是在不斷搜尋該地區的眾多調查人員中的最新一員，可能正在接近一項發現，這將改變我們對那個命運之晨發生的事情的理解。
對通古斯事件的研究非常重要，因為過去與地外物體的碰撞對地球的演化產生了重大影響。例如，大約44億年前，一個火星大小的行星似乎撞擊了我們年輕的星球，丟擲了足夠的碎片來形成我們的月球。而一次大的撞擊可能導致了6500萬年前恐龍的滅絕。即使在今天，宇宙撞擊仍然很明顯。1994年7月，幾個天文觀測站記錄了一顆彗星在木星上的壯觀撞擊。就在去年9月，秘魯村民驚恐地看到一個天體劃過天空，並以巨大的轟鳴聲降落在不遠的地方，留下一個4.5米深，13米寬的巨大坑。
透過衛星觀測大氣中的流星“耀斑”（“流星”）和記錄地球表面宇宙撞擊的聲學資料，西蒙安大略大學和洛斯阿拉莫斯國家實驗室的彼得·布朗和他的同事們估計了較小撞擊的頻率。研究人員還將他們的發現推斷到更大但更罕見的事件，如通古斯事件。通古斯式小行星碰撞的平均頻率在200年一次到1000年一次之間。因此，在我們一生中發生類似的撞擊並非不可能。幸運的是，通古斯撞擊發生在地球上一個無人居住的角落。如果類似的事情在紐約市上空爆炸，整個大都市區將被夷為平地。瞭解通古斯事件可以幫助我們為這樣的可能性做好準備，甚至可以採取措施完全避免它的發生。
我們準備自己的第一步是確定影響西伯利亞的宇宙物體是小行星還是彗星。雖然這兩種情況的後果大致相當，但一個重要的區別是，太陽系中在返回之前在長週期軌道上遠離太陽執行的物體，如彗星，會以比近軌道（短週期）物體（如小行星）大得多的速度撞擊地球。因此，比小行星小得多的彗星在這樣的碰撞中可能會釋放相同的動能。而且，觀察者在長週期物體進入太陽系內部之前更難檢測到它們。此外，與小行星相比，此類物體穿過地球軌道的機率較低。由於這些原因，迄今為止，已確認的彗星撞擊地球的事件尚不為人所知。因此，如果通古斯事件實際上是由彗星引起的，那麼它將是一次獨特的事件，而不是一個已知現象的重要案例研究。另一方面，如果那年六月早上有一顆小行星在西伯利亞上空爆炸，為什麼還沒有人找到碎片呢？
第一次探險
通古斯事件的持久謎團部分可以追溯到西伯利亞中部的極端物理隔離以及20世紀初在俄羅斯肆虐的政治動盪時期，當時沙皇帝國垮臺，蘇聯興起。這兩個因素使科學考察推遲了近20年。直到1927年，由俄羅斯科學院的隕石專家列昂尼德·庫裡克率領的探險隊才到達通古斯遺址。當庫裡克到達現場時，他面對的是一些幾乎令人難以置信的景象。令人驚訝的是，爆炸夷平了數百萬棵樹木，形成了一個覆蓋2000多平方公里（775平方英里）的寬闊的蝴蝶形地帶。此外，樹幹呈放射狀向外延伸，從一箇中心區域延伸數公里，該區域仍殘留著一排“電線杆”，即部分燃燒的樹樁。庫裡克將這片遭受破壞的景觀解釋為鐵隕石撞擊的後果。然後，他開始尋找由此產生的隕石坑或隕石碎片。
庫裡克在1920年代後期和1930年代又帶領了三次通古斯地區探險隊，隨後又有幾次探險隊，但沒有人找到明確的撞擊坑或任何撞擊該區域的物體的碎片。現場缺乏證據導致了各種解釋性假設。例如，在1946年，科幻小說作家亞歷山大·卡贊採夫透過假設一個外星飛船在大氣中爆炸的場景來解釋這個令人費解的場景。幾年之內，空爆理論獲得了科學支援，此後限制了進一步的猜測。宇宙物體在大氣中（距地面五到十公里之間）的分解可以解釋調查人員在地面上觀察到的大多數特徵。地震觀測站的記錄以及破壞的範圍，使研究人員能夠估計爆炸的能量和高度。
缺乏撞擊坑也表明，該物體不可能是堅固的鐵隕石，而可能是更脆弱的物體，如相對罕見的石質小行星或小型彗星。俄羅斯科學家傾向於後一種假設，因為彗星由塵埃顆粒和冰組成，這不會產生撞擊坑。對通古斯地區騷亂的另一種解釋聲稱，破壞是由於沼澤地釋放到空氣中的甲烷氣體快速燃燒造成的。
實驗室模型
1975年，以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究所的地震學家阿里·本·梅納赫姆分析了通古斯事件引發的地震波，並估計爆炸釋放的能量在10到15兆噸之間，相當於1000顆廣島原子彈。
此後，天體物理學家建立了通古斯事件的數值模擬，以嘗試在競爭假設中做出決定。石質小行星的空爆是主要的解釋。美國宇航局艾姆斯研究中心的克里斯托弗·F·查伊巴和他的同事們在1993年提出的模型表明，這顆小行星的直徑為幾十米，並在地面上方几公里處爆炸。將核試驗空爆的影響與通古斯森林的扁平化模式進行比較似乎證實了這一建議。
莫斯科地球動力學研究所的N. A. 阿爾捷米耶娃和V. V. 舒瓦洛夫最近進行的模擬設想了一顆類似大小的小行星在通古斯上空5到10公里處汽化。在他們的模型中，由此產生的細小碎片和向下傳播的氣體射流隨後在大氣中分散到廣泛的區域。然而，這些模擬並不排除米大小的碎片可能在爆炸中倖存下來並可能在離爆炸不遠的地方撞擊地面的可能性。
去年年底，桑迪亞國家實驗室的馬克·博斯勞格和他的團隊得出結論，通古斯事件可能是由一個比早期估計小得多的物體引發的。他們的超級計算機模擬顯示，墜落的宇宙物體的質量變成了以超音速行進的高溫氣體膨脹射流。該模型還表明，撞擊器首先受到地球大氣阻力增加的壓縮。隨著下降物體穿透得更深，空氣阻力可能導致它在空爆中爆炸，併產生一股由其巨大動量向下攜帶的強烈的熱氣體流。博斯勞格說，由於火球會向地表輸送額外的能量，因此科學家們認為的10到20兆噸之間的爆炸更有可能只有3到5兆噸。所有這些模擬工作只是加強（並繼續加強）了我們在通古斯遺址進行實地工作的願望。
西伯利亞之旅
我們對通古斯事件的參與始於1991年，當時我們中的一人（隆戈）參加了首次義大利考察隊前往該遺址，在此期間他搜尋了可能被困在樹脂中的爆炸微粒。後來，我們偶然發現了俄羅斯科學家V. A. 科謝列夫和K. P. 弗洛倫斯基的兩篇晦澀的論文，他們報告說他們發現了一個小水體，切科湖，大約在離該現象的疑似震中8公里的地方。1960年，科謝列夫推測切科湖可能是一個撞擊坑，但弗洛倫斯基駁斥了這一想法。弗洛倫斯基認為，該湖比通古斯事件更古老，因為他發現湖底以下有厚達7米的鬆散沉積物。
我們對一個靠近爆炸中心點的湖泊產生了濃厚的興趣，並決定前往那裡進行實地考察，因為湖底沉積物可以儲存周圍地區發生的事件的詳細記錄，這是古湖沼學研究的基礎。雖然我們的團隊對切科湖知之甚少，但我們認為或許可以應用古湖沼學技術，在湖泊沉積物中找到解開通古斯卡之謎的線索，彷彿該湖是墜毀客機的黑匣子。
幾年後，我們發現自己身處一架伊留申Il-20M螺旋槳飛機的貨艙中，這架飛機曾是冷戰時期的空中間諜，正前往俄羅斯。在籌集到必要的資金並與俄羅斯莫斯科國立大學和託木斯克國立大學的研究小組合作組織好我們的探險活動（在前宇航員格奧爾基·M·格列奇科的協助下）後，我們終於踏上了前往通古斯卡地區的旅程。在運輸機將我們義大利團隊的大部分成員和裝置運送到莫斯科附近的一個軍事基地後，我們連夜飛往西伯利亞中部的克拉斯諾亞爾斯克。然後，我們把裝置和我們自己，再加上幾位來自託木斯克國立大學的研究人員，轉移到一架巨大的米-26重型直升機（以前由軍隊使用）的腹部。我們在直升機的雙渦軸發動機的震耳欲聾的轟鳴聲中，擠在我們的裝置之間蹲了六個小時，直到我們最終到達了我們在無盡的針葉林中間的遙遠目標。
在小心地繞著湖泊的黑色水面盤旋後，直升機在沼澤般的湖邊（太軟無法著陸）上方搖搖晃晃地懸停著，我們在一場暴雨中跳了下來。當最後我們設法卸下沉重的貨物時，八片槳葉在我們頭頂上瘋狂地旋轉著，由此產生的狂風暴雨似乎要把我們捲走。隨著一聲巨響，直升機升上天空，我們渾身溼透、筋疲力盡地被留在湖邊，突然沉浸在西伯利亞荒原的寂靜之中。當雨停時，我們感受到的任何小小的寬慰感，都立即被像成群結隊的小型俯衝轟炸機一樣向我們撲來的成群貪婪的蚊子所取代。
現場研究
我們在接下來的兩天裡組織營地、組裝我們的勘測船（一艘雙體船）並測試我們的裝置。我們的研究需要一系列技術，例如聲學回聲測深儀、磁力儀、次底聲學剖面儀、探地雷達、用於回收沉積物巖芯的裝置、水下攝像機以及一組 GPS 接收器，使研究團隊能夠以小於一米的解析度跟蹤他們的位置。
在那之後的兩週裡，我們的小組從雙體船上勘測湖泊，全程都受到蚊子和牛虻的困擾。這些努力的重點是探索湖泊次底的沉積和結構。與此同時，其他團隊成員也忙於自己的任務。來自的裡雅斯特大學的地球物理學家米歇爾·皮潘使用他的探地雷達，逐漸繪製了 500 米海岸線周長以下（約三到四米深）的地下結構圖。莫斯科國立大學的地球化學家葉夫根尼·科列斯尼科夫和他的同事在湖附近的泥炭沉積物中挖掘了溝渠，考慮到地表以下堅硬的永久凍土層的阻力，這是一項艱鉅的工作。科列斯尼科夫的團隊在泥炭層中尋找通古斯卡事件的化學標記。與此同時，博洛尼亞大學的羅曼諾·塞拉和託木斯克國立大學的瓦列裡·涅斯韋泰洛從附近的樹幹上採集了巖芯樣本，以研究樹木年輪模式中可能出現的異常。與此同時，在我們上方高空，將我們帶到克拉斯諾亞爾斯克的飛機返回並在該區域盤旋，拍攝航空照片，以便我們可以將它們與庫裡克大約 60 年前拍攝的照片進行比較。
我們曾假設湖底沉積物可能包含通古斯卡事件的標記。在用我們的高解析度聲學剖面儀對切科湖進行了幾次掃描後，很明顯，覆蓋湖底的沉積物厚度超過 10 米。一些沉積物顆粒是透過風輸送到湖中的，但大多數是透過流入切科湖的小金丘河帶來的。我們估計，在一年中大部分時間都處於冰凍狀態的小水體中，沉積物沉積量可能不會超過每年幾釐米，因此如此厚的沉積層可能意味著該湖泊在 1908 年之前就存在了。
另一方面，我們對湖底的剖面分析越多，就越感到困惑。湖泊中間大約 50 米（165 英尺）深，並且有陡峭的斜坡，看起來像一個漏斗或倒錐形，這種結構很難解釋。如果該湖有數千年的歷史，它可能有一個平坦的底部，這是細小沉積物逐漸填充的結果。我們也發現很難用小河流在相對平坦的地形上蜿蜒流動時發生的典型侵蝕-沉積過程來解釋漏斗形狀。整個團隊在晚上坐在防雨布下，一邊享用美味的俄羅斯卡莎，一邊加入大量死蚊子的屍體，討論了這些問題。
很快，我們在通古斯卡的時間就快結束了。探險隊員們在最後一天瘋狂地拆卸船隻，打包裝置，並拆除營地。當直升機第二天中午到達時，我們在人造湍流的風暴中匆忙地將所有東西和我們自己裝入懸停的直升機中，終於開始了我們的返回之旅。
引人入勝的證據
回到我們在義大利的實驗室後，我們三個人完成了對我們測深資料的處理，證實了切科湖底部的形狀與其他西伯利亞湖泊的形狀顯著不同，後者通常具有平坦的底部。該區域的大多數湖泊是在普遍存在的永久凍土層融化後，水填充留下的窪地時形成的。相比之下，切科湖的漏斗狀形狀類似於已知大小相似的撞擊坑——例如所謂的敖德薩隕石坑，該隕石坑是 25,000 年前由一個小行星撞擊現在的德克薩斯州敖德薩造成的。
切科湖可能填滿一個撞擊坑的想法對我們來說變得更有吸引力。但如果該湖確實是由通古斯卡宇宙體碎片挖掘出的隕石坑，那麼它不可能在 1908 年之前形成。我們尋找了該小湖在事件發生之前就存在的證據。要找到可靠的 1908 年之前的西伯利亞無人居住區域地圖並不容易，但我們找到了一張 1883 年的沙皇軍用地圖，其中沒有顯示該湖。當地鄂溫克族土著居民的證詞也聲稱，1908 年的爆炸產生了該湖。但如果該湖不是在 1908 年之前形成的，如何解釋覆蓋其底部的沉積物厚度呢？我們的地震反射資料顯示了湖泊沉積物中的兩個明顯區域：一個薄的、大約一米厚的上層，由典型的安靜沉積形成的層狀細小沉積物組成，覆蓋著一個下層區域，該區域由無分層的、混亂的沉積物組成。
然而，摩德納大學的卡拉·阿爾貝塔·阿科爾西和博洛尼亞大學的路易莎·福爾拉尼這兩位義大利古植物學家最近的一項研究表明，上層沉積物中含有大量水生植物的證據，而下層混亂的沉積物中完全沒有這些跡象，其中含有大量來自森林樹木的花粉。因此，看起來該湖泊的真正沉積物只有大約一米厚，這一特徵與該湖泊年齡較輕的假設相符。在湖泊形成之前，一片森林似乎生長在那片潮溼的土地上。
我們的勘測小組還透過水下影片觀察到湖泊較深處半埋的樹幹殘骸。來自同一區域反射回來的高頻聲波顯示出一種特有的“毛狀”模式，這可能是由於樹幹和樹枝殘骸的存在造成的。也許這些結果是撞擊摧毀森林的痕跡。
可疑的湖泊形狀
為了解釋下層混亂的沉積物，我們可以想象一個宇宙體撞擊覆蓋著幾十米厚永久凍土層的潮溼地面。撞擊物的動能轉化為熱量，融化了永久凍土，釋放出甲烷和水蒸氣，並將由此產生的隕石坑的尺寸擴大了四分之一。與此同時，撞擊會將先前存在的河流和沼澤沉積物覆蓋在撞擊坑的側翼上，這些沉積物隨後會在我們的聲學回聲剖面圖中被成像為混亂的沉積物。
最引人入勝的是，我們對湖泊獲得的地震反射剖面進行仔細分析後，發現在中心最深點以下幾米處有一個強烈的聲學反射體，這很可能是一個緻密的、一米大小的岩石物體的回聲。我們的磁力儀勘測過程中，在同一地點發現了一個小的磁異常，支援了這一結果。這些是否是通古斯卡物體碎片的跡象？
我們很想知道答案。我們的團隊現在正準備在今年晚些時候返回，嘗試鑽探湖泊中心，以到達致密的地震反射體。2008 年是通古斯卡事件一百週年。我們希望這也將是通古斯卡之謎被解開的一年。