狩獵小行星

劉茜

你喜歡觀測嗎？你想發(fā)現(xiàn)屬于自己的小行星嗎？對普通的天文愛好者來說，觀測不是問題，難點在于辨認自己拍到的小行星究竟是哪一顆。

今年3月，美國國家航空航天局（NASA）發(fā)起了“小行星數(shù)據(jù)獵手”（Asteroid Data Hunter）行動，任何一個有機會使用望遠鏡觀測的愛好者，只要下載運行“小行星數(shù)據(jù)獵手”軟件，以天文圖像的專用格式（.FITS格式）上傳自己拍攝的照片，就能幫助識別這些夜空中的微弱光點，成為一名“小行星獵手”。它是“小行星大作戰(zhàn)”（Asteroid Grand Challenge）項目的一部分，這個項目旨在讓所有天文愛好者都能參與到地球保衛(wèi)戰(zhàn)中來。

這是一次天文觀測的“眾包”活動，幾乎沒有任何門檻限制，只要有一臺望遠鏡、一臺能上網(wǎng)的電腦，就可以參與其中。這不由讓人想起了另一個類似的項目，旨在搜尋外星信號的“SETI@home”（“在家搜尋地外文明”計劃），它是一個利用家用電腦空閑時間來進行數(shù)據(jù)運算的桌面程序，讓全球的幾百萬臺家用計算機加入到對專業(yè)望遠鏡觀測數(shù)據(jù)的分析當中，群策群力，為搜尋地外文明的行動盡一分自己的力量。

就目前而言，兩者的區(qū)別是，對地外文明的搜尋只是為了滿足我們的好奇心，而對小行星的搜尋則是跟地球人性命攸關的大事。因為那些悠游于空間中、和地球這個龐然大物相比尺寸不值一提的小小天體，其實暗藏殺機，而其中的一些佼佼者，更是具備了毀滅地球文明的能力。

地球歷史上確實經(jīng)歷過這樣的巨變。一代地球霸主在小行星撞擊帶來的巨變中淡出歷史舞臺，只剩下一支弱小的后裔—6500萬年前，曾經(jīng)雄霸一時的恐龍在短時間內(nèi)銷聲匿跡，只有個頭最小、需要食物最少的一支殘存下來，演化為如今的鳥類。6500萬年前的那顆小行星直徑超過10千米，在如今墨西哥境內(nèi)的尤卡坦半島留下了一個直徑180千米的巨大撞擊坑?？茖W家估計，撞擊當時產(chǎn)生的能量相當于200萬顆氫彈爆炸的能量，掀起了幾十米乃至上百米高的海嘯。如果同樣的撞擊在今天發(fā)生，人類文明無疑將會損失慘重，進入難熬的漫漫長夜，甚至可能遭到滅絕。

即便是小得多的小行星撞擊地球，如果發(fā)生在人們聚居的地區(qū)，也會造成嚴重的傷害。因此，我們確實有必要嚴密關注那些接近地球的小行星，盡量迅速而精確地判斷出它們的大小和軌道，以便在真正的危險來臨前做出及時的反應。

什么樣的小行星對地球具有潛在的威脅呢？目前天文學家使用的標準是：直徑100～150米以上，并且和地球的最近距離小于0.05個天文單位（大約750萬千米，相當于地月距離的20倍）。也就是說，塊頭足夠大、一旦撞上了會造成足夠的傷害，同時距離足夠近、近到有可能發(fā)生碰撞—小行星的質(zhì)量很小，軌道容易被大天體的引力改變，在和地球擦肩而過的時候，有可能因為地球的引力而“飛蛾撲火”。這樣的“潛在威脅小行星”（PHAs）目前發(fā)現(xiàn)了1500多顆，根據(jù)“近地天體廣域紅外巡天探測器”（NEOWISE）的數(shù)據(jù)，估計總數(shù)可能達到3200～6200顆之多。

在這些危險分子中，確實有一些曾經(jīng)給我們帶來恐慌。比如小行星“杜恩岱”（Duende，這個名字是伊比利亞民間傳說里的一種小妖精），也就是當年的小行星2012 DA14，在2013年2月16日以僅僅2.5萬千米的距離和地球擦肩而過。要知道，2.5萬千米的高度已經(jīng)比同步通信衛(wèi)星還要近，雖然天文學家判斷它撞擊地球的可能性接近于零，但它還是在公眾中引發(fā)了緊張的情緒。

巧合的是，也正好在同一天，另一顆小行星在俄羅斯的烏拉爾地區(qū)變成了一顆比太陽還要明亮的火流星，隨后在空中爆炸。幸好它的直徑只有15米。除了爆炸震壞的玻璃讓一千多人受傷、讓全市居民暴露在西伯利亞的嚴寒中之外，并沒造成太大傷害，也算是不幸中的萬幸。

話說回來，對絕大多數(shù)的近地小行星，我們都不用太過緊張。一方面，小行星這東西，小個子比大個子多得多。它們的直徑大小和與地球撞擊的可能性都遵循所謂的“冪律分布”：直徑每大一個數(shù)量級，小行星的數(shù)量和撞擊概率就降低兩個數(shù)量級。對地球來說，直徑100米的小行星撞擊大約每一萬年出現(xiàn)一次，直徑1千米的小行星撞擊大約每100萬年出現(xiàn)一次，而造成恐龍滅絕的那種小行星撞擊，大約每1億年才會出現(xiàn)一次。來到地球的小行星絕大多數(shù)都非常小，感謝濃厚的地球大氣，讓它們都在天空中變成了明亮的流星，對地面造成的危害不大。

另一方面，要是接近地球的危險分子大小超過了警戒線，很快就會被小行星獵手們發(fā)現(xiàn)，而且危險分子的個頭越大，發(fā)現(xiàn)得一定也越早?！白凡缎⌒行恰笔翘煳膼酆谜邆兊淖類郏⌒行呛湾缧嵌际遣恍枰笮屯h鏡就能觀察的天體（雖然要確定它們的大小和形狀就必須靠雷達和空間飛行器），分布在全球的職業(yè)和業(yè)余天文學家們可以對這顆小行星進行全天候的接力觀測，完全可以提前一段時間預報出爆炸產(chǎn)生的時間和地點。只要撞擊時間不是特別緊迫、范圍不是特別巨大，都能有一定的疏散和應對空間。

在2008年10月7日，就發(fā)生過這么一次被準確預報的撞擊。當時那顆叫2008 TC3的小行星，因為直徑只有2～5米，直到撞擊前19個小時才被第一次發(fā)現(xiàn)。隨后，全世界的注意力都轉(zhuǎn)向了它，對它的觀測數(shù)據(jù)從世界各地雪片般飛來，光是NASA就接收到了26個天文臺、570次個人的報告。歷史上頭一回，一顆小行星在闖入地球大氣之前就被判斷出了運行軌跡，并且預報的時間精確到秒。最后，這顆小行星在蘇丹杳無人煙的沙漠上空爆炸，沒有造成任何傷害，但如果這里有人居住，提前幾個小時也能進行疏散，躲過傷害。

這是一次群策群力的勝利，也是小天體觀測的傳統(tǒng)。在這種需要連續(xù)不斷搜尋整片天區(qū)的枯燥行動中，業(yè)余天文學家能夠做出不亞于職業(yè)天文學家的貢獻，這也正是“小行星數(shù)據(jù)獵手”計劃的可行性基礎。

除了在地面的觀察和預報之外，對小行星自身的研究其實也是非常重要的一環(huán)。

除了采樣之外，美國宇航局還有另一項石破天驚的打算：他們準備真的捕獲一顆小行星。這里的“捕獲”指的是字面意義，抓住一顆小行星，慢慢改變它的軌道，最終讓它圍繞月球運行，以便進行載人探測。這個替月亮“搶親”的計劃是在2012年4月提出的，如今已經(jīng)選定了獵物：小行星2011 MD。它是一顆直徑約6米、質(zhì)量500噸左右的近地小行星。行動預計將在2020年代進行。為了完成這次史無前例的“狩獵”，人們需要準備好空前強大的飛船、更加先進的推進系統(tǒng)、還有訓練有素的宇航員和強壯又靈巧的機械臂。

為什么要探測小行星？

一方面，小行星是太陽系里的“活化石”，它們還保持著太陽系早期的狀態(tài)，可以為我們提供關于太陽系演化和生命起源的古老線索；另一方面，研究小行星的結構也能幫助我們處理那些可能威脅到地球的小行星。

大量的小行星并不是牢不可破的巖石，而是松散地聚集在一起的碎石堆，密度只相當于水的兩三倍。對付這種本身早已碎裂的小行星，肯定比對付鐵板一塊的結實家伙要容易。要是把算盤打得再精一點，富含金屬的M型小行星有高質(zhì)量的鐵和鎳，還有其他各種金屬，是優(yōu)質(zhì)的礦石；含碳的C型小行星表面不但有與生命相關的多種分子，還含有大量的水，是未來的空間旅途中重要的水源。所以，最近這些年，世界各國已經(jīng)或?qū)⒁M行一系列的小行星探測行動。

首先是日本的隼鳥號，達成了人類歷史上首次從小行星表面取樣歸來的成就。它飛越了茫茫60億千米的距離，往返花費了7年的時間。

在小行星表面取樣是件非常困難的事，因為這里沒有大氣、重力非常微弱，地質(zhì)狀況又格外復雜，無論是撞擊、鉆探還是其他方式，都很難把到處擴散的物質(zhì)收集起來。隼鳥號采用的辦法是一頭撞擊到小行星“糸川”上，用一個喇叭狀的收集器采集飛散的微塵。采樣的結果直到隼鳥號成功返回地球才揭曉：雖然只收集到了1500個直徑大約1微米的微粒，但這個前所未有的成就還是鼓舞了人們。作為后續(xù)的隼鳥2號也已經(jīng)在去年12月發(fā)射升空，預計將在2018年抵達目標小行星162173，2020年返航。

2012年，我國的嫦娥二號在距離地球約700萬千米的地方近距離掠過小行星“伊卡洛斯”，讓中國成為繼美國、歐空局和日本之后第四個近距離探測小行星的國家或組織。美國計劃在明年啟動的奧西里斯-雷克斯項目，也準備前往小行星“貝努”進行采樣。

或許，一個真正從物理上而不是數(shù)據(jù)上狩獵小行星的時代正在我們眼前開啟，人類不但監(jiān)測、預警和探測小行星，最終還要控制和利用它們。