如何應(yīng)對(duì)近地小行星撞地的威脅

□ 龐 崢

2012年1月27日，一顆公共汽車大小的小行星與地球擦肩而過，距離地球最近時(shí)只有6萬(wàn)千米。這顆名為“2012 BX34”的小行星位列20顆最接近地球的小行星之首。盡管它沒有對(duì)地球造成威脅，但再次向地球人敲響了警鐘，要加速研究如何防止近地小行星撞擊地球的方法和技術(shù)了，因?yàn)樾⌒行亲矒舻厍蚴鞘澜缟纤拇笸话l(fā)巨大災(zāi)難之一，早晚有一天會(huì)撞擊地球。

歷史上可能曾發(fā)生過多次小行星撞地球的事件。例如，恐龍可能是在一顆小行星撞上地球后的幾周內(nèi)全部死亡的。2002年6月6日，一顆直徑約10米的小行星墜入地中海，它在大氣層中引爆燃燒時(shí)釋放出的能量大約相當(dāng)于2.6萬(wàn)噸三硝基甲苯(黃色炸藥)，與中型核武器爆炸釋放的能量相當(dāng)。2008年，一個(gè)直徑只有幾米的小行星墜落到了蘇丹，碎片散落到了努比亞沙漠。1994年7月16日至22日，一顆名為蘇梅克-列維9號(hào)的彗星與木星迎頭相撞，這是人類史上第一次直接觀測(cè)到的天體相撞。

目前有近700顆近地小行星被列入危險(xiǎn)名單。所以，未來是有可能出現(xiàn)小行星撞擊地球的，為此人類應(yīng)提前做好準(zhǔn)備。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類已完全有辦法避免小行星撞擊地球。

歐洲的新計(jì)劃

據(jù)2012年1月27日的英國(guó)《每日郵報(bào)》透露，歐洲擬在8年內(nèi)為地球建造預(yù)防小行星撞擊的“近地軌道防護(hù)盾”。在此之前，歐空局的先進(jìn)觀念小組曾設(shè)計(jì)出了用一排人造衛(wèi)星或火箭推動(dòng)小行星偏離撞地軌道的方法?？茖W(xué)家最感興趣、也最容易的方法，就是派遣一艘太空船和小行星猛烈碰撞，從而改變它的方向。為了應(yīng)對(duì)20年后阿波菲斯小行星對(duì)地球的威脅，歐空局又制定了一個(gè)“堂吉訶德”計(jì)劃，即派2艘太空船前往一顆測(cè)試小行星。其中一艘太空船名叫“西達(dá)爾戈”，它將和這顆小行星高速相撞，而另外一艘名叫“?？啤钡奶沾瑒t將在附近測(cè)量小行星的軌道改變情況。

鏈接：近地小行星指的是軌道與地球軌道相交的小行星。目前已知直徑4千米的近地小行星有數(shù)百個(gè)，此外，可能還存在成千上萬(wàn)個(gè)直徑大于1千米的近地小行星。直徑大于1000米的小行星，撞擊地球的能量相當(dāng)于幾百倍全地球核武庫(kù)的核彈爆炸的能量。它撞擊地球后會(huì)誘發(fā)地球氣候、生態(tài)與環(huán)境的劇烈災(zāi)變，導(dǎo)致地球上許多物種的滅絕。地球在歷史上遭受過頻繁的小行星撞擊，地球表面殘存的100多個(gè)大型撞擊坑就是證據(jù)。

蘇梅克.利維9號(hào)彗星碎裂成20幾塊，排著隊(duì)向木星進(jìn)發(fā)

阿波菲斯小行星撞擊地球示意圖

歐洲最新的“近地軌道防護(hù)盾”計(jì)劃旨在通過導(dǎo)彈炸毀、引力牽引和主動(dòng)碰撞等多種手段，防范近地小行星撞擊地球。它由歐盟出資400萬(wàn)歐元，相關(guān)科研機(jī)構(gòu)及歐盟戰(zhàn)略伙伴出資180萬(wàn)歐元，德國(guó)宇航中心負(fù)責(zé)該計(jì)劃的具體實(shí)施，擬在3年后進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估，如果在資金方面有保障，該計(jì)劃有望在2020年以前正式實(shí)施。

參與“近地軌道防護(hù)盾”計(jì)劃的研究員沃爾夫拉姆·洛克表示，已有的核彈炸毀、引力牽引和主動(dòng)碰撞等想法尚不成熟。

用核彈炸毀小行星的方式爭(zhēng)議較大，核爆炸產(chǎn)生的小塊巖石仍可能威脅地球安全，如果發(fā)現(xiàn)目標(biāo)太晚，或來襲小行星尺寸大于1千米，這種方法就是迫不得已的最后策略。

“重力牽引”將需要一個(gè)攜帶大量燃料且相對(duì)較重的航天器。發(fā)射航天器到近地小行星附近通過數(shù)年的時(shí)間，利用航天器的力改變小行星的運(yùn)行軌道，這種技術(shù)還需要知道小行星的質(zhì)量，太大了不行。發(fā)射導(dǎo)彈或航天器撞擊小行星的方式看起來很簡(jiǎn)單，但由于難以確定小行星的密度、質(zhì)量，所以很復(fù)雜，需要進(jìn)行艱難的探測(cè)和模擬試驗(yàn)或仿真，觀察小行星對(duì)碰撞有什么反應(yīng)。

由于資金問題，所以目前只能通過在理論上、在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)防范近地小行星撞擊地球的想法進(jìn)行評(píng)估測(cè)驗(yàn)，希望能得出一個(gè)切實(shí)可行的有效方案。

多國(guó)積極想招

小行星撞擊地球可使人類遭受滅頂之災(zāi)。所以，許多國(guó)家都在研究應(yīng)對(duì)方法。

根據(jù)美國(guó)國(guó)會(huì)1998年的一項(xiàng)決議，美國(guó)航宇局實(shí)施名為“太空衛(wèi)士”的計(jì)劃，力求定位地球周邊90%以上直徑不小于1千米小行星的運(yùn)行軌道，并確認(rèn)哪些小行星可能會(huì)對(duì)地球造成威脅?！疤招l(wèi)士”計(jì)劃已經(jīng)完成，地球周邊約有1000顆符合上述條件的小行星，其中93%已被定位。2005 年，美國(guó)議會(huì)就要求美國(guó)航宇局制定一個(gè)關(guān)于小行星意外撞擊地球的防御計(jì)劃。2007年，美國(guó)航宇局在行星防御會(huì)議上提交了自己的報(bào)告，在該報(bào)告中提出了多項(xiàng)計(jì)劃，包括使用核爆炸產(chǎn)生的力量使小行星遠(yuǎn)離地球，認(rèn)為它比其他非核爆炸更有效。美國(guó)測(cè)試了小行星表面爆炸、地下爆炸和對(duì)峙爆炸（指炸彈不與小行星接觸）等方式，其中表面爆炸和地下爆炸的能量是最強(qiáng)大的，但有可能將小行星爆裂成碎片而威脅地球，所以，美國(guó)航宇局認(rèn)為，使用一系列對(duì)峙爆炸可能是使小行星偏離地球的最有效的方法。

撞擊小行星示意圖

鏈接：據(jù)天文學(xué)家研究認(rèn)為，直徑大于1千米的小行星撞擊地球的概率為每10萬(wàn)年1次，但僅此一次就可能毀滅地球。而直徑接近10米的天體撞上地球的概率僅為每3000年一次。一些科學(xué)家認(rèn)為，小行星撞地球的風(fēng)險(xiǎn)被嚴(yán)重低估了。英國(guó)和美國(guó)的研究部門警告說，一顆被稱為“2003QQ47”的小行星可能在2014年3月21日撞擊地球，不過機(jī)率是90多萬(wàn)分之一，基于這顆小行星的尺寸（直徑不足1.6千米）和速度（每秒鐘30千米），還是值得科學(xué)家們對(duì)它進(jìn)行觀察的。但據(jù)南京紫金山天文臺(tái)專家根據(jù)觀測(cè)得出結(jié)論，近20年內(nèi)應(yīng)該不會(huì)有小行星和地球相撞。

2012年1月31日，433號(hào)小行星愛神星與地球進(jìn)行1975年以來最親密的近距離接觸。距離最近時(shí)為26729000公里左右

把小行星分成2塊

近年，美國(guó)航宇局顧問小組又呼吁成立小行星防御辦公室，保護(hù)地球免受小行星和其它有威脅性的太空巖石的撞擊。這是該小組使用現(xiàn)有硬件打造陸基預(yù)警系統(tǒng)、評(píng)估探測(cè)、表征、偏轉(zhuǎn)有威脅的近地物體，討論國(guó)際合作的可能之后提出的，該小組還在研究處理突發(fā)事件等問題。

美國(guó)目前主要用PS1天文望遠(yuǎn)鏡負(fù)責(zé)監(jiān)視地球附近直徑300米到1千米的小行星。該天文望遠(yuǎn)鏡每隔30秒就會(huì)對(duì)36個(gè)月球大小的天空范圍拍攝一張1400兆像素的照片，每天夜里收集的數(shù)據(jù)足以裝滿1000張DVD，而每張照片都可以打印成一張足以覆蓋半個(gè)籃球場(chǎng)的300-dpi圖片。300米的小行星如果撞擊地球上的居住區(qū)，將造成重大區(qū)域性破壞，如果是1千米的小行星就會(huì)造成全球?yàn)?zāi)難。

2009年，美國(guó)發(fā)射了“廣域紅外探測(cè)器”(WISE)空間望遠(yuǎn)鏡，用于搜尋宇宙中尚未被發(fā)現(xiàn)的天體，其中包括可能對(duì)地球構(gòu)成威脅的小行星和彗星。

俄羅斯聯(lián)邦航天局局長(zhǎng)曾在2009年12月30日透露，俄羅斯的頂級(jí)太空研究人員正計(jì)劃對(duì)編號(hào)為99942的阿波菲斯小行星進(jìn)行偏移，或設(shè)計(jì)一個(gè)航天器在阿波菲斯小行星危險(xiǎn)地飛向地球之前來改變它的軌跡。該小行星將在20年后靠近地球。美國(guó)國(guó)會(huì)建議把位于俄羅斯遠(yuǎn)東濱海邊疆區(qū)的俄羅斯電訊中心用于預(yù)警并探測(cè)危險(xiǎn)的小行星，俄羅斯已認(rèn)可了美國(guó)一份關(guān)于將俄羅斯雷達(dá)站用于探測(cè)危險(xiǎn)小行星的建議。

俄羅斯行星保護(hù)中心領(lǐng)導(dǎo)人阿納托利-扎伊采夫表示，如果有充分的資金保障，俄羅斯目前的技術(shù)條件完全能夠在5年內(nèi)建成行星保護(hù)系統(tǒng)來保護(hù)地球免遭小行星的襲擊。該中心打算建立一個(gè)名為行星保護(hù)系統(tǒng)快速反應(yīng)梯隊(duì)的地球保護(hù)盾牌，反應(yīng)梯隊(duì)由多枚宇宙觀測(cè)航天器、偵察衛(wèi)星和太空攔截航天器構(gòu)成，當(dāng)觀測(cè)航天器觀測(cè)到危險(xiǎn)天體時(shí)，馬上把信號(hào)傳輸給偵察衛(wèi)星并由偵察衛(wèi)星全天候?qū)ξｋU(xiǎn)天體進(jìn)行全程跟蹤監(jiān)測(cè)。太空攔截航天器負(fù)責(zé)摧毀小行星或改變小行星運(yùn)行軌道。

2001年，英國(guó)成立了專門研究近地小行星和彗星等天體與地球相撞幾率的研究中心，以便為公眾提供準(zhǔn)確客觀的信息。該中心的任務(wù)包括：提供近地天體的數(shù)量和位置的資訊，評(píng)估它們撞上地球、造成災(zāi)害的幾率等。

日本已經(jīng)對(duì)公眾發(fā)布了世界上最大的太陽(yáng)系小行星數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)量超過50萬(wàn)顆。這些數(shù)據(jù)由2006年發(fā)射的“光”衛(wèi)星獲取，其中5120顆小行星的體積數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。

我國(guó)中科院紫金山天文臺(tái)有一臺(tái)專門用于搜索近地小行星殺手的天體探測(cè)望遠(yuǎn)鏡，其觀測(cè)能力居全國(guó)第一，世界第五。天文臺(tái)專家借著這雙“慧眼”，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近800顆小行星并且獲得了國(guó)際臨時(shí)編號(hào)。據(jù)中國(guó)權(quán)威專家說，假若能夠在一年前發(fā)現(xiàn)有可能與地球相撞的小行星，就能夠及時(shí)采取措施，摧毀它或改變其運(yùn)行軌道。

由此可見，為了防止小行星對(duì)地球帶來危害，需要所有國(guó)家共同關(guān)注共同努力，開展國(guó)際合作。

發(fā)射人造物體撞擊近地小行星，使其改變軌道示意圖

使用激光或者巨大的鏡子對(duì)小行星能量進(jìn)行聚焦，汽化掉行星部分體積以使其偏離軌道

幾種防撞方案

為了有效防止小行星撞擊地球，首先需要監(jiān)控有可能飛近地球的小行星，精確預(yù)測(cè)近地小行星的飛行軌道。全球已經(jīng)建立了近地小行星觀測(cè)網(wǎng)，其中最先進(jìn)的是美國(guó)近年在夏威夷建成的一套由多臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡組成的小行星觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)被稱為“全景觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡和快速反應(yīng)系統(tǒng)”（簡(jiǎn)稱Pan-STARRS）的復(fù)雜裝置主要用于搜尋那些環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行并有可能撞擊地球的危險(xiǎn)小行星。

至今，已有多種防止小行星撞擊地球的方案。例如，①用核武器炸毀可能撞擊地球的近地小行星；②發(fā)射導(dǎo)彈或航天器猛烈地撞擊近地小行星，用機(jī)械力使其改變軌道；③用太空鏡群或激光所產(chǎn)生的能量把近地小行星推往新的軌道；④發(fā)射引力航天器靠近對(duì)地球有威脅的近地小行星，然后通過自身引力使該小行星脫離原來的軌道；⑤用質(zhì)量巨大的繩索套住近地小行星，采用改變其重心的方式來改變小行星的軌道；⑥讓航天器登陸小行星，并且使用電馬達(dá)逐漸地改變小行星的軌跡；⑦給小行星上安裝“太陽(yáng)帆”或一臺(tái)大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，把它從地球的軌道上推開。不過，這些方案設(shè)想各有利弊，究竟哪種最好目前還沒有定論。

例如，用導(dǎo)彈或核裝置可以把小行星炸成一分為二的兩部分，這樣質(zhì)量就發(fā)生了變化，軌道也就跟著變了。但一些科學(xué)家認(rèn)為將大塊行星體巖石分裂成小塊的方法不妥，會(huì)使小行星爆破后無法確定隨后出現(xiàn)的結(jié)果，因?yàn)閷?duì)于小行星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)目前尚不完全清楚。為此，美國(guó)正在醞釀派航天員登陸近地小行星進(jìn)行科學(xué)考察和研究，協(xié)助探索地球在受到小行星威脅時(shí)抵御它的方法。

就目前的技術(shù)水平而言，通過發(fā)射物體撞擊小行星以使其偏離軌道絕對(duì)是有可能做到的。發(fā)射人造天體到太空后，把它調(diào)整到和小行星平行，并使兩者的相對(duì)速度為零，然后用機(jī)械力推小行星一下，它就會(huì)改變軌道。但這樣做將需要對(duì)小行星的表面進(jìn)行詳細(xì)了解。還可以用改變顏色的方式以改變小行星軌道，如果小行星原來是灰色的，可以將它變成純黑色，物體的顏色可決定吸收熱量的多少，軌道也會(huì)隨之改變了。

美國(guó)航宇局提出的其他非核爆炸類選擇還包括，使用激光或者巨大的鏡子對(duì)小行星能量進(jìn)行聚焦，汽化掉行星部分體積以使其偏離軌道；或者使用飛船將小行星拖向其他方向。

美籍華裔航天員盧杰等推出的“重力拖車”方案是以柔克剛，其中小行星拖曳飛船只需要盤旋在小行星表面，利用重力作用充當(dāng)飛船無形的拖鏈，逐漸改變小行星的飛行速度，日積月累，則可以改變小行星的運(yùn)行軌道。

一組國(guó)際航天員于2011年10月17日探訪了太平洋，試驗(yàn)為解決小行星乘員任務(wù)中遇到的工程挑戰(zhàn)所制定的新解決方案。他們乘坐“寶瓶座”水下試驗(yàn)艙在佛羅里達(dá)州拉格島附近水域執(zhí)行一項(xiàng)為期13天的水下任務(wù)，主要包括三個(gè)方面：如何在小行星表面拋錨，如何在小行星表面移動(dòng)和如何最好地收集數(shù)據(jù)。與月球任務(wù)和火星任務(wù)不同，小行星上的重力微乎其微，不足以吸引航天員或飛行器，所以必須有一個(gè)“錨”用于固定。

不過，也有人歡迎小行星光臨地球，因?yàn)橐粋€(gè)僅2千米寬且含有上等鎳與鐵的小行星，能給我們帶來高達(dá)4萬(wàn)億美元的資產(chǎn)。除了大量的鎳與鐵之外，有些游離的小行星還可能含有豐富的金和鉑，以及一些稀有元素如銥等，其價(jià)值無法估計(jì)。所以，目前有些科學(xué)家們正在想方設(shè)法地積極準(zhǔn)備迎接這些地球的不速之客哩！

想象中的小行星撞擊地球

小行星飛向地球

鏈接：研究表明，未來的太空激光技術(shù)可能用于探測(cè)威脅地球安全的小行星，并能夠使小行星偏移軌道。使用激光器的一大優(yōu)勢(shì)是相對(duì)于目前的技術(shù)，激光束在經(jīng)過長(zhǎng)距離傳輸后仍能保持相對(duì)的緊密聚焦。目前的技術(shù)只能研究距離相當(dāng)于地日間距0.1倍的目標(biāo)，激光技術(shù)則將這個(gè)距離提高到地日間距的10倍。研究人員將借此提前了解到小行星的組成及形狀，這將幫助研究人員找出使其遠(yuǎn)離地球的方法。為了盡早發(fā)現(xiàn)并偏移存在危險(xiǎn)的小行星，激光器需要安置在8顆衛(wèi)星上，它們組成的艦隊(duì)將從不同位置巡視小行星帶。但在系統(tǒng)部署之前，仍有幾個(gè)重要的技術(shù)障礙有待解決。如果航天器是用來觀測(cè)小行星的，那它就需要長(zhǎng)約30米的天線來發(fā)送激光。如果航天器僅用于偏移小行星，那它就不需要這么大型的天線。但是工程師們?nèi)圆坏貌徽业揭环N方法，使現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室激光器減重，以便安裝在航天器上進(jìn)行發(fā)射。