一颗直径为10公里～15公里的流星具有巨大的破坏性——无论是对环境还是生命，都是如此。
每个人都喜欢恐龙。无论它们以骨骼、化石，甚至以塑料模型的形式出现，不管老幼都为之着迷。孩子们喜欢这些来自过去的生物，他们用积木拼出恐龙的形状，并能够记住绝大多数成年人都不会拼读的名字。任何展出恐龙的博物馆都会出现众多的观众，包括小孩子以及家长。自然博物馆的馆长们深知这些奇异的古代爬行动物的吸引力。纽约的美国自然历史博物馆将其最主要的展品定为霸王龙（意为“蜥蜴之王”）和雷龙的巨大骨架，并且在入口处布置了相关的模型来迎接观众的到来。
恐龙受欢迎程度的进一步证据是，恐龙在流行文化中的明星角色。从《摩登原始人》（The Flintstones）里的迪诺（其实在陆地上，恐龙并没有与人类共存过），到《侏罗纪公园》的再生恐龙（其实它们在未来也不会与人类共存）。即使是《金刚》的电影人也不满足于一只巨大的可以爬上帝国大厦的大猩猩。我想，他们需要加入一个完全多余的有恐龙的场景。
为什么？因为恐龙太让人不可思议了。它们看起来和今天的动物非常相像，让人觉得似乎很熟悉，但是又非常不同，它们的奇异和古怪激发了我们的想象。恐龙有角和冠，还有骨质铠甲和刺。一些恐龙体型庞大、行动缓慢，而另一些却小巧而灵敏。一些恐龙生活在陆地上，有的用两条腿走路，有的用四条腿走路；而有一些则会在空中飞行。
然而，对许多人来说，当他们想到恐龙的时候，第一个划过脑海的事情是，那些体型庞大的动物永远也不能再在地球上行走了。虽然一些恐龙的确演化成了某些鸟类，并存活到了今天，但这些已经统治陆地长达几百万年的恐龙在大约6 600万年前灭绝了。有些人甚至带着淡淡的优越感来看待恐龙的灭绝，如此强大而机敏的生物怎么会愚蠢到让自己消失呢？而事实是，恐龙作为地球上霸主的时间，要远远超过人类或猿类可能生存的时间。恐龙的消失，并不是因为它们自身的错误。
是什么造成了陆生恐龙从这个星球上消失的？这在很长一段时间里，是困扰科学家和公众的一个巨大难题。为什么这个多样化的、强健的群体，而且似乎已经适应了当时环境的群体，突然在白垩纪末期消失了？这个话题好像离物理学，特别是与暗物质有关的物理学有些遥远。但这一章我会给出许多证据，这些证据已经表明，流星体的撞击几乎可以肯定是恐龙灭绝的罪魁祸首，而且这需要和太阳系的外来物体连接起来。而且，如果我和合作者所做的推测最终被证明是正确的，那么银河系平面上的一个暗物质盘便是触发流星体的致命轨迹的原因。
不管暗物质是什么角色，来自外太空的物体的撞击消灭了地球上至少一半的物种，这是肯定发生了的，这一事件把这次灭绝和太阳系的环境联系了起来。地质学家、物理学家、化学家和古生物学家是如何得出这一结论的呢？这个故事也许是现代科学领域最好的故事之一。
恐龙时代，一亿年的地球称霸
恐龙这个物种，除了它们的尺寸范围和冷血特性，还有一个引人注目的地方，就是它们存在时间之长——它们称霸地球超过一亿年。然而，尽管这个物种具备明显的强健特性，而且曾经一度十分繁荣，但是相当多的生命还是在6 600万年前突然结束了。为什么会发生这样的情况，它又是如何发生的？这些问题一直持续到20世纪末期。
在回答这些问题之前，让我们首先想想恐龙的年龄，以及当时的地球与现在有何不同。
恐龙生活在中生代，从25 200万年前到6 600万年前之间（见图11-1）。“中生代”（Mesozoic）这个名字来自希腊语，意为“中间生命”，这个时代的确位于显生宙三级地质时代的中间部分。中生代将古生代（Paleozoic，意为“古老的生命”）以及新生代（Cenozoic，意为“新的生命”）分开。这个时间段包括了我们所知道的最具摧毁性的物种大灭绝事件，即二叠纪-三叠纪灭绝事件。后者定义了第一个边界。中生代还包括白垩纪-第三纪灭绝（以前被称为K-T灭绝），定义了第二个边界，在这期间（非鸟类）恐龙和其他许多物种都消失了。
K-T里的K源于德语单词“Kreide”，意为“白垩”。“Retaceous”（即白垩纪）来自拉丁语词汇“creta”，字面意思是“克里特大地”（Cretan earth），意思也同样是白垩。K-T中的T来源于“Tertiary”，这是一个现在已停止使用的命名方案的一个遗俗，该方案将地球历史分为四个部分，Tertiary即为第三纪。[27]即使如此，和许多人一样，在提到此次灭绝的时候，我偶尔会使用口语化的名称K-T灭绝，不过从现在开始，我会经常使用更正确的术语——K-Pg灭绝。
纪元被分成时期，又被进一步划分成时代和阶段。中生代分为三个时期：
●三叠纪时期，从25 200万年前至20 100万年前；
●侏罗纪时期，从大约20 100万年前至14 500万年前；
●白垩纪时期，从14 500万年前到6 600万年前。
可能“中生代公园”才是迈克尔·克莱顿和史蒂文·斯皮尔伯格的电影《侏罗纪公园》的准确名字。电影里介绍了两个侏罗纪时代的恐龙，但是还有一些直到白垩纪时期才出现的恐龙。尽管如此，我仍然愿意承认“侏罗纪公园”听起来更好，所以我不会质疑这个选择的明智性。
中生代时期，地球发生了很多改变。气候变暖和变冷以及显著的地壳构造活动改变了大气层和陆地的形状。被称为盘古（Pangaea）的超级大陆（泛古陆）在中生代分裂成我们今天看到的大陆，并随着时间的推移发生了大范围的陆地运动。
即使在白垩纪晚期，地壳的构造运动使地球更接近其现在的状态，但大陆和海洋尚未到达其当前的位置。印度尚未与亚洲相撞，而大西洋要窄得多。自那时起，大陆板块已经开始漂移，海洋在以每年几厘米的速度改变着大小。
单是这种效应就告诉我们：6 600万年前，大多数海岸离它们现在的位置远达几千公里的距离，因此，举例来说，美洲和欧洲当时非常接近。此外，当时的海平面很可能比今天的海平面高100米。气温，尤其是在远离海洋的地区的气温，也比今天高。这些因素是破译在白垩纪-古近纪边界所揭示的一些线索的关键。虽然我们现在知道，意大利的沉积岩在形成的时候是水下几百米的大陆架的一部分，但研究人员最初并不知道这一事实。这个结论是由加州大学伯克利分校的地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯对意大利沉积岩中的黏土进行深入研究后得到的。
地球上的生命随着环境的改变而不断进化。被海洋分离的许多移动的大陆使新物种的大量出现成为可能。在三叠纪时期，节肢动物、海龟、鳄鱼、蜥蜴、硬骨鱼类、海胆、海洋爬行动物和第一代类似哺乳动物的爬行动物出现了。晚三叠纪也是许多独特的恐龙种类（包括陆生恐龙）首次出现的时期。它们后来成为侏罗纪时期主要的陆生脊椎动物。
在此期间鸟类也出现了，它们从兽脚亚目恐龙的一个分支演化而来。《侏罗纪公园》中的科学内容不一定都正确，但是这部电影让许多人知道了鸟类是从恐龙进化而来的。飞行的爬行动物、海洋爬行动物、两栖动物、蜥蜴、鳄鱼和恐龙持续生存到白垩纪时期，在此期间，蛇和早期鸟类首次出现，飞行爬行动物和银杏也出现了。此外，如苏铁、松柏类、杉树、柏树、紫杉等现代植物也出现了，我们今天还能看到这些类型的树木。哺乳动物也出现了，但它们那时还很小，通常在猫和鼠的大小之间。这一情形直到恐龙灭绝之后才有所改变，因为恐龙的灭绝留下了空间和资源，这使得哺乳动物能发展成更大体型的动物。
一个世纪的求索
在我写这本书的时候，我读过两本让人入迷的书，分别是沃尔特·阿尔瓦雷斯的《霸王龙和陨星坑》（T.rex and the Crater of Doom）和科幻作家查尔斯·弗兰克尔（Charles Frankel）的《恐龙灭绝》（The End of the Dinosaurs）。沃尔特是流星体假说的主要提出人，并且他的书非常有趣。我承认弗兰克尔的书对我显得非常特别的原因之一是，当我在亚马逊买它的时候，这本书已经绝版了，所以我收到的那本来自罗克波特公共图书馆（Rockport Public Library），它上面有一个大的印章标明“丢弃”。如果那本书没有被邮寄到我家（一个更为合适的栖息地），它显然也已经灭绝了。
这两本书讲述了非常精彩的故事：地质学家、化学家和物理学家如何证实了一个巨大的流星体（我也用“流星体”指代大的天体）是造成恐龙灭绝事件的最可能原因。与恐龙一起，很大一批其他物种也在那时消失了。诸多证据显示，这个流星体引发了白垩纪-古近纪过渡期化石记录中的戏剧性改变。在陨石坑边界的铱层附近，所有表征撞击坑的特点都被发现了，包括小颗粒、玻璃陨石和冲击石英。铱层将它下面丰富的生命遗迹和上方稀疏得多的化石记录分离了开来。
这两本书还涉及拍案惊奇的侦探故事，书中讲述了科学家们是如何发现与该流星体撞击相符合的陨石坑的，即便向领域专家的咨询后我知道书中一些内容是有点误导的。我将尽我所能地在这里把它正确地讲述出来。这是一个伟大的故事。
虽然流星体造成物种灭绝的想法直到20世纪后期才站住了脚，几百年来人们一直在猜测其潜在的可怕后果。当人们第一次注意到彗星时，就认为它会危及生命，但那多是基于迷信。
1694年，埃德蒙·哈雷大胆建议：彗星是《圣经》大洪水的来源。大约50年后，1742年，法国科学家、哲学家皮埃尔-路易·莫佩尔蒂（Pierre-Louis de Mau-pertuis）为来自彗星的潜在威胁找到了强大的科学基础。他认识到：彗星撞击可能引发了海洋和大气的扰动，毁灭了许多生物。另一位法国人，伟大的科学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）也认为流星可能引发灭绝，他对太阳系形成的研究工作直到今天仍然是正确的。
不过他们的想法在很大程度上被忽略了，因为这些想法无法被证实，并且看起来似乎有点疯狂。另外一个被忽视的是美国古生物学家德劳本菲尔斯（M.W.de Laubenfels）的观点，他在1956年意识到：1908年击中西伯利亚并摧毁大片广袤森林的流星体的潜在重要性很高。德劳本菲尔斯指出，即使是彗星的一个碎片撞击地球也可能造成破坏，如大火和炎热。他还给出了惊人的具有先见之明的分析，他也认为这些环境的冲击会在不同程度上影响各类物种，而穴居哺乳动物可能存活。在白垩纪-古近纪事件之后，实际情况的确是这样。
1973年，地球化学家哈罗德·尤里（Harold Urey）建议：基于对熔岩的玻璃陨石的研究，流星体的撞击是造成白垩纪-第三纪灭绝事件的原因。大多数科学家依然选择视而不见。然而，尤里“热情不减”，他提议不仅是白垩纪-古近纪灭绝源于流星体的撞击，甚至所有其他物种的大灭绝都是由彗星撞击造成的。尤里对未来的研究作出了预言，并将早期的建议发展成真正的科学。尤里指出，详细的调查能识别出岩石的起源，它们的形状或构成只能由流星体击中时的热量和/或压力所解释。
不过，在活尔特提出他的建议之前，所有这些有先见之明的想法几乎都被人们忽略了。即使是在20世纪80年代，太空的撞击引起物种灭绝的想法仍然被认为是激进的、荒唐的。这让我想起一些理论，这是从参加我公开讲座的12岁的孩子们那听到的。当时他们试图炫耀所听说过的科学术语。这可能会引发非常有趣的场景。比如一个年轻人向我询问一个理论，声称他一直在琢磨，认为弯曲的额外维度中的黑洞能解决宇宙的所有遗留问题。但当我告诉他，我认为他实际上并没有一直在思考这个问题的时候，他笑着承认了。
像那些最终被接受的激进理论一样，流星体的提议可以解释传统说法无法解释的观测。地球很多无法解释的现象却相继被发现了，这给了流星假说很多支持。使它得到了人们的信任，因为它作出了不少预言，而其中许多预言在后来又得到了验证。
一探6 600万年前的历史片段
沃尔特的科学侦探故事开始于意大利。在罗马以北几百公里，古比奥（Gubbio）附近的翁布里亚山丘上（Umbria），出现了从白垩纪晚期到第三纪（现古近纪）早期的海洋沉积岩。斯卡利亚罗萨（Scaplia Rossa）深水远洋灰岩，以其粉红色的颜色闻名，这种沉积岩由非常不寻常的深水石灰石，即方解石或碳酸钙组成，它们大多数由贝壳组成，也是骨补充剂常含有的成分。这种深水石灰石在海底形成，后来被向上推，逐渐露了出来。这意味着它们是物种灭绝的证据——也就是一层薄黏土将下面的白色岩石层和上面的红色层分离开了，可能会被一位细心的路人发现。在较低的白色岩石中的化石大多是有孔虫，生活在深海的单细胞原虫的遗骸，并且对我们推导沉积岩的年龄非常有用，但只有最小的有孔虫在靠上的暗色层中被发现。有孔虫几乎和恐龙同时灭绝，这使得沉积岩上所展示的灭绝事件边界非常清晰。
一次，我在访问西班牙毕尔巴鄂的大学期间参观了复理层地质公园，那有一块白垩纪-古近纪边界的片段，表现为石灰石悬崖底部附近薄的暗线。像其他类似的黏土层一样，这一边界可以帮助我们追溯到灭绝的时间。我认为自己非常幸运，我的同事（物理学家）和他的地质学家表弟帮助安排了对美丽的Itzurun海滩的一次游览。在那里我可以在退潮的时候跑进去，近距离地看一看这些边界。触摸这个6 600万年前的历史片段几乎让人激动不已（见图12-1）。虽然悬崖源自遥远的过去，但是它的信息宝库仍然作为我们世界的一部分与我们共同存在。
在白垩纪-古近纪边界
20世纪70年代，沃尔特研究了斯卡利亚罗萨的一个类似边界层。他把注意力集中将下面充满化石的浅色石灰石和上面没有化石的深色石灰石分离开的黏土层上。这种被沃尔特作为研究目标的黏土对于揭开发生在6 600万年以前的大灾难的原因至关重要。黏土的厚度取决于在较浅的和较暗的岩石沉积之间的时间间隔，并可能因此帮助他确定灭绝事件是快速发生的还是缓慢发生的。
20世纪70年代，沃尔特首先开始思考白垩纪-古近纪层时，渐进主义的观点依然是地质学的主流观点。这些观点被此前20年不断发展的板块构造理论所证实。整个大陆可能逐渐移动分开，山脉可以随着时间的推移形成，大峡谷可以通过渐进式影响出现。这些渐进式影响包括河流（如穿过地面的科罗拉多河）、水和冰的侵蚀、陆地板块的运动、岩浆喷发等，随着时间的推移，其中任何一种影响都能够彻底地改变地形。这些貌似戏剧性的变化并不需要灾难性事件来触发。