如何防止小行星撞擊地球

裘偉廷

小行星撞擊地球的風(fēng)險(xiǎn)極大

大多數(shù)科學(xué)家相信，大約6500萬(wàn)年前，小行星撞擊地球造成恐龍大滅絕。根據(jù)科學(xué)家研究和相關(guān)歷史記載，每隔100年都會(huì)至少有一顆足球大小或更大的小行星撞擊地球，而距離現(xiàn)在最近的一次發(fā)生在1908年6月30日，那次撞擊就是發(fā)生在西伯利亞的“通古斯爆炸”，其爆炸效果相當(dāng)于一個(gè)1 500萬(wàn)噸級(jí)的核彈被引爆。

美國(guó)宇航局（NASA）已發(fā)現(xiàn)，地球附近大約有10萬(wàn)顆小行星，任何一顆撞上地球都足以摧毀一座大城市?？茖W(xué)家僅探明了其中4 000顆的運(yùn)行軌跡，其中測(cè)出了近90%直徑超過(guò)914米的小行星，這些大塊頭的小行星一旦撞上地球，將會(huì)造成全球性浩劫，導(dǎo)致空前的物種滅絕。

天文科學(xué)家稱，小行星撞地球終究是會(huì)發(fā)生的，根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)預(yù)測(cè)，這個(gè)問(wèn)題只是時(shí)間早晚而已。因此，各國(guó)科學(xué)家都已開(kāi)始重視小行星，討論小行星撞擊地球的潛在威脅有多大、人類應(yīng)如何預(yù)防每一場(chǎng)潛在的撞擊等問(wèn)題。在這種背景下，2007年3月，美國(guó)華盛頓舉辦了一場(chǎng)“行星保衛(wèi)大會(huì)”，全球數(shù)百名科學(xué)家聚在一起，探討了防止小行星撞擊地球的方案。

從理論上說(shuō)，科學(xué)界目前防止小行星撞擊地球的設(shè)想方案大體可以分為兩種，一種是將小行星炸毀，完全破壞掉，另一種則是改變它的運(yùn)行軌道。而可以采取化解小行星撞擊地球風(fēng)險(xiǎn)的具體方案，則更顯得五花八門(mén)。

防撞方案一：將小行星炸毀成碎片

避免小行星碰撞地球，在想象中最有效的辦法是摧毀來(lái)犯者，比如利用核導(dǎo)彈攻擊向地球襲來(lái)的物體，將它炸毀成碎片。為了取得最大的爆炸效果，從而摧毀撞擊物，最好的辦法是把爆炸物深深地埋置于撞擊物的內(nèi)部。這種技術(shù)要求性能良好的深埋裝置，也需要炸毀天體所需的巨額能量。就像在電影《世界末日》中，鉆井平臺(tái)專家威利斯，在一顆小行星即將撞擊地球的危急時(shí)刻臨危受命，帶領(lǐng)核彈小組乘坐航天飛機(jī)繞過(guò)月球，降落在這顆小行星表面進(jìn)行鉆孔，并將核彈安放在小行星內(nèi)部，最后引爆了氫彈。

“炸毀”辦法在理論上是成立的，但在炸之前先要對(duì)將要撞向地球的小天體進(jìn)行研究，看它的組成元素是鐵質(zhì)的還是硅質(zhì)的，如果是硅質(zhì)的，因?yàn)樗|(zhì)地比較松散，就可利用核導(dǎo)彈進(jìn)行攻擊將其炸毀；但如果是堅(jiān)硬的“鐵疙瘩”，就要采取改變軌道的辦法。問(wèn)題是，當(dāng)小行星很遙遠(yuǎn)時(shí)，人們無(wú)法觀測(cè)到它的物質(zhì)屬性。另外，對(duì)于一些松散結(jié)構(gòu)的星體，爆炸所起到的作用將很有限。使用該方法時(shí)還存在其他一些問(wèn)題，比如，地球上所有積累起來(lái)的核武器只夠用來(lái)炸毀一個(gè)直徑9公里的小行星，且還得準(zhǔn)確擊中小行星的中心才行。

還有，將小行星炸毀成碎片的后果難以預(yù)料。這種爆炸有可能將小行星炸成數(shù)量巨大的、無(wú)法預(yù)測(cè)的碎片，如果這些碎片的飛行方向仍是朝著地球，而人們將對(duì)它們失去控制，那么浩劫依舊無(wú)可避免。理想的狀況，爆炸必須使每個(gè)碎片的直徑小于10米，以確保它們?cè)诘厍虼髿鈱又腥繜狻Ｒ虼嗽诂F(xiàn)實(shí)中，由于難以掌控，科學(xué)家可能并不提倡使用核彈頭摧毀來(lái)襲小行星，以免不僅不會(huì)拯救地球，反而帶來(lái)更大的災(zāi)難。

防撞方案二：用機(jī)械力影響運(yùn)行

更多科學(xué)家在考慮用機(jī)械力改變小行星運(yùn)行軌跡的方法，比如發(fā)射人造天體，將其發(fā)射到太空后，把它調(diào)整到和小行星平行，并使兩者的相對(duì)速度為零，即人造天體運(yùn)行速度等于小行星運(yùn)行速度，然后用機(jī)械力推小行星一下，小行星就會(huì)改變軌道。這是較穩(wěn)妥的辦法，但要經(jīng)過(guò)不斷的、充分的試驗(yàn)，不能存在任何誤差。如果第一次沒(méi)有推成功，還要發(fā)射飛行器，在合適的時(shí)候再推它，改變其軌道。

一些科學(xué)家表示，更佳的方法可能是向小行星的預(yù)定軌道發(fā)射一顆巨大衛(wèi)星，屆時(shí)這顆衛(wèi)星的引力就會(huì)影響小行星的飛行方向。比如所謂“引力拖車”方案，就是讓一艘飛船在小行星附近飛行，利用兩者之間的引力使小行星軌道發(fā)生變化，最終偏離撞擊地球的路線。據(jù)計(jì)算，一艘20噸重的飛船就可在1年內(nèi)將一顆直徑200米的小行星牽引到安全軌道上去。

有人提出，還可以考慮使用導(dǎo)彈或航天器撞擊小行星，使其改變軌道。就人類目前已達(dá)到的航天技術(shù)水平，這是有可能承擔(dān)和完成的。如2005年7月4日，美國(guó)的深度撞擊號(hào)航天器釋放的撞擊者探測(cè)器，在距離地球1.32億公里處，以每秒10.2公里的速度猛烈撞擊坦普爾一號(hào)彗星的彗核，擊中地點(diǎn)僅比預(yù)計(jì)的位置相差1米，準(zhǔn)確度非常高。如讓其轟擊小行星，肯定也會(huì)獲得同樣的效果。當(dāng)時(shí)就有科學(xué)家認(rèn)為，這是一次應(yīng)對(duì)小天體撞擊地球的有效演練。據(jù)說(shuō)，歐洲宇航局計(jì)劃在不久的將來(lái)，實(shí)施所謂“堂吉訶德”計(jì)劃，即派兩艘太空船前往一顆小行星，其中一艘太空船將和這顆小行星高速相撞，而另外一艘太空船則將在附近測(cè)量小行星的軌道改變情況。有的科學(xué)家用相同原理，甚至異想天開(kāi)提出，可以“劫持”另一顆無(wú)害小行星，撞向要撞擊地球的那顆殺手小行星，從而使它偏離地球軌道。

防撞方案三：改變顏色使小行星軌道偏離

利用顏色以改變小行星軌道的點(diǎn)子，來(lái)自一個(gè)普通的常識(shí)——物體的顏色可決定吸收熱量的多少。一顆深色的小行星吸收太陽(yáng)能后，再以熱量的形式將它輻射回宇宙空間?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，輻射熱量可對(duì)直徑在一公里或以下的小行星產(chǎn)生微量推力，在長(zhǎng)期累積作用下，該推力將改變小行星軌道。這一神奇的推力被稱為“雅科夫斯基效應(yīng)”。人造衛(wèi)星的設(shè)計(jì)者們?cè)谠噲D弄明白為什么他們的衛(wèi)星不肯待在指定軌道上時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)效應(yīng)。

物體的顏色決定吸收熱量的多少，如果小行星是灰色的，可以將它變成純黑，顏色變黑后，小行星的吸熱情況就會(huì)有所改變，從而提高整個(gè)行星自身的溫度，對(duì)它的運(yùn)行軌道產(chǎn)生影響；異曲同工的方法是，也可把它變成白的，使它變冷，效果是一樣的。比如給小行星噴射彩彈球，使其表面覆蓋一層白色，讓這白色反射太陽(yáng)的光子流，并利用這股反射光子流產(chǎn)生的推力，將這顆小行星推離軌道。改變小行星顏色確實(shí)可改變它的軌道，但需要大把時(shí)間積累推力，而且還需要深入研究并隨時(shí)監(jiān)控對(duì)小行星軌道的實(shí)際影響，否則，這種方法也可能導(dǎo)致它更直接地撞向地球。

不過(guò)，由于對(duì)地球能產(chǎn)生威脅的行星的直徑都在一公里以上，因此改變顏色的整個(gè)工程也將是極其浩大的，且人類顯然沒(méi)有時(shí)間從小行星身上提煉到足夠改變它色彩的涂料，那么多油漆涂料，怎樣運(yùn)到小行星上？怎樣去完成這么偉大的刷漆任務(wù)？據(jù)報(bào)道，美國(guó)航天飛機(jī)每公斤有效載荷入軌費(fèi)約1萬(wàn)美元。直徑為一公里的小行星大約需油漆523噸，就算不計(jì)買(mǎi)油漆的費(fèi)用，要把這些油漆運(yùn)上太空所需的運(yùn)費(fèi)大約將近52.4億美元。因此，改變顏色使小行星軌道偏離的方法，在實(shí)際上是否可行，尚是一個(gè)問(wèn)題。

防撞方案四：用爆炸能量改變小行星

用爆炸產(chǎn)生的能量也可實(shí)現(xiàn)小行星軌道的改變。對(duì)于組成元素是鐵質(zhì)的、結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)的行星，可以利用導(dǎo)彈或是核裝置對(duì)其進(jìn)行攻擊，理想狀態(tài)是將它炸成一分為二的兩部分，這樣質(zhì)量就發(fā)生了變化。由于不再是原來(lái)的質(zhì)量了，運(yùn)行軌道也就跟著變了。目前這是理論上的探討，都是在理想狀態(tài)下進(jìn)行的，實(shí)際中不能有一點(diǎn)點(diǎn)的誤差存在，難度之高可想而知。

或者設(shè)計(jì)一種武器系統(tǒng)，使一系列核彈頭在奔向地球的小天體的一側(cè)爆炸，利用爆炸釋放的能量和產(chǎn)生的強(qiáng)中子輻射，打掉小天體表面的一部分，使其重心偏移，從而改變運(yùn)行軌道，最終躲開(kāi)地球運(yùn)行。此種辦法相對(duì)耗費(fèi)能量較少，對(duì)攔截小行星來(lái)說(shuō)更切實(shí)可行。

也有一些科學(xué)家認(rèn)為，我們可以利用太陽(yáng)來(lái)對(duì)抗小行星。比如，發(fā)射裝備有反光鏡的衛(wèi)星，環(huán)繞這顆小行星運(yùn)行，讓鏡子將陽(yáng)光反射到小行星的某個(gè)點(diǎn)上，使該點(diǎn)溫度不斷升高，直至爆炸，讓爆炸產(chǎn)生的能量推動(dòng)小行星改變運(yùn)行方向，從而不會(huì)撞擊地球。與此類似，科學(xué)家們已設(shè)計(jì)出一種空間反射鏡系統(tǒng)，可以利用航天飛機(jī)或火箭把它發(fā)送到空間。這種系統(tǒng)能夠收集陽(yáng)光并把它聚集到飛向地球的小行星上，小行星表面受熱溫度可達(dá)1 000～2 000℃，使巖石和冰雪融化產(chǎn)生熾熱的氣體形成噴氣流，從而使小行星離開(kāi)原來(lái)的運(yùn)行軌道，避免同地球相撞。

防撞方案五：激光給小行星“減肥”

理論上只要稍微改變一下天體的運(yùn)行速度，就能使小行星或彗星偏離其軌道，它們就不會(huì)再同地球相撞。而要改變物體的速度，就必須改變它的動(dòng)能，這可以通過(guò)改變其質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。而改變質(zhì)量，無(wú)非是“增膘”或“減肥”，當(dāng)然前者是行不通的。

目前，唯一得到垂青的地（球）基（地）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是一種巨大激光裝置，它能把極大能量投放到目標(biāo)物的一側(cè)。激光束將使目標(biāo)物（比如小行星）一側(cè)的表面溫度大大升高，使它裂開(kāi)并最終分離出來(lái)，從而減少該物體的質(zhì)量，迫使它運(yùn)行于不同的軌道，這種技術(shù)目前還未成熟，但也決非遙遙無(wú)期。

隨著科技發(fā)展，基于激光將有更多防撞技術(shù)誕生。比如用激光技術(shù)探測(cè)小行星，并產(chǎn)生能量改變其軌道。激光器的最大優(yōu)勢(shì)是光束在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后仍能保持相對(duì)的緊密聚焦，在未來(lái)激光技術(shù)支持下，這個(gè)距離可達(dá)到日地距離的10倍。屆時(shí)，將由8顆攜帶激光器的航天器組成“艦隊(duì)”，從不同位置巡視小行星帶，提前發(fā)現(xiàn)并及時(shí)偏移存在威脅的小行星。不過(guò)目前該技術(shù)尚存幾大障礙，比如激光器的減重問(wèn)題等。

2013年2月16日，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)就基于激光技術(shù)，發(fā)布了一套應(yīng)對(duì)天體威脅的方案。方案的原理是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成具有破壞力的激光束，射向來(lái)襲天體，讓天體運(yùn)行軌道發(fā)生偏離，甚至直接讓天體在空間“蒸發(fā)”或部分“蒸發(fā)”。

防撞方案六：在小行星上采礦

人們可以考慮在小行星上采礦，當(dāng)然首先需要花幾十年時(shí)間在小行星上部署一個(gè)質(zhì)量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)。安裝在小行星上的一臺(tái)質(zhì)量轉(zhuǎn)移器好比是一個(gè)貪婪的“吸血鬼”，它在小行星上挖掘礦物，持續(xù)數(shù)年或數(shù)十年，把它們拋入浩瀚的太空，最終勢(shì)必改變小行星的飛行軌道。但是，怎樣才能把質(zhì)量轉(zhuǎn)移器放到小行星表面上去，并加以實(shí)際利用，這些都是極為艱巨的任務(wù)。

不過(guò)，小行星給地球帶來(lái)的并不完全是災(zāi)難，而是可貴的資源。一個(gè)方圓1.6公里且含有上等鎳與鐵的小行星，能帶來(lái)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、鉑，以及稀有元素如銥等，其價(jià)值無(wú)法估計(jì)。所以，也有些科學(xué)家正想方設(shè)法積極準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)小行星。當(dāng)然，最理想的方案是采礦和防撞兩不誤，也就是在小行星上挖掘礦物，既達(dá)到轉(zhuǎn)移小行星質(zhì)量的目的，又能將這些礦物合理加以利用。

對(duì)于小行星的利用不僅僅是采礦，比如可以將小行星捕獲，拉到適當(dāng)軌道，以便在它上面創(chuàng)建一個(gè)能重復(fù)使用的載人飛行基地，等等。科學(xué)家稱，采用機(jī)器人探測(cè)器捕獲小行星的方法有很多種，如果行星主要由鎳鐵構(gòu)成，可使用磁鐵；如果行星主要由巖石構(gòu)成，則使用魚(yú)叉或特制的鉤子，然后依靠太陽(yáng)能動(dòng)力將行星推動(dòng)起來(lái)。而對(duì)于機(jī)器人無(wú)法捕獲的較大行星，則派一艘大型宇宙飛船接近它，利用重力牽引將行星拉離原有的軌道，讓其向著人類計(jì)劃好的方向前進(jìn)。這種捕獲小行星加以利用的方法，同樣可以與地球防止小行星撞擊計(jì)劃相結(jié)合，達(dá)到利用和防撞兩不誤。

防撞方案七：給小行星安裝“推進(jìn)器”

給小行星安裝“推進(jìn)器”以達(dá)到推移小行星的方法，其原理就是：在小行星星體表面上安裝一臺(tái)大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，或一個(gè)“太陽(yáng)帆”，產(chǎn)生的動(dòng)力可以把行星從原軌道上推開(kāi)。我們可以將高效的核能發(fā)動(dòng)機(jī)由一個(gè)常規(guī)火箭發(fā)送到小行星上；然后，該發(fā)動(dòng)機(jī)就被固定在小行星上；當(dāng)開(kāi)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，就如同駕駛拖拉機(jī)一樣（或者更形象地說(shuō)，如同開(kāi)動(dòng)“太空拖船”一樣），把小行星拖離它原來(lái)的運(yùn)行軌道，從而使它錯(cuò)過(guò)與地球相撞的機(jī)會(huì)。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是具有完全可控性，當(dāng)然，這種推進(jìn)器可能也要花十年或者更多的時(shí)間來(lái)推動(dòng)這個(gè)小行星，才能達(dá)到逐步調(diào)整它的運(yùn)行軌道的目的。

“太空拖船”的一個(gè)重大難題是如何操縱太空拖船繞目標(biāo)小行星飛行，然后在該星體上著陸，并在它的表面上固定。不過(guò)這方面也有很多成功的先例，例如2000年，美國(guó)“近地小行星交會(huì)”（NEAR）號(hào)飛船成功進(jìn)入了繞第二大已知近地小行星愛(ài)神星的軌道，甚至還在這個(gè)長(zhǎng)34公里的天體上完成了一次臨時(shí)著陸。

給小行星安裝“太陽(yáng)帆”，看起來(lái)是一種浪漫的方法，實(shí)際上與在小行星上安裝發(fā)動(dòng)機(jī)的原理一樣。具體方法也是利用常規(guī)火箭把一個(gè)“太陽(yáng)帆”發(fā)送到小行星上，并把它植根于小行星體的表面。這個(gè)“太陽(yáng)帆”一旦附著在小行星表面上，它就能吸收由太陽(yáng)放射出的光子，從而像風(fēng)吹動(dòng)船上的帆一樣，把小行星推離原來(lái)的軌道，當(dāng)然也要花十年或更多的時(shí)間。

相關(guān)技術(shù)還需要進(jìn)一步完善

總體上說(shuō)，上述這些技術(shù)在理論上雖都成立，但技術(shù)的實(shí)際可行性仍需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。研究人員認(rèn)為，以人類現(xiàn)有的技術(shù)和手段，阻止小行星撞擊地球的預(yù)警期需要50年。在這個(gè)足夠長(zhǎng)的時(shí)間里，人們要進(jìn)行不斷的實(shí)驗(yàn)研究使相關(guān)技術(shù)逐步完善成熟。從理論上講，人類已有防止小行星撞擊地球的手段，但還沒(méi)有做過(guò)這方面的試驗(yàn)，沒(méi)有真正實(shí)施過(guò)。說(shuō)說(shuō)容易，實(shí)際應(yīng)用沒(méi)準(zhǔn)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，所以還是需要一段時(shí)間，讓技術(shù)逐漸成熟。從發(fā)展的觀點(diǎn)來(lái)看，對(duì)付天外殺手，可選擇的方案還有采用高能激光陣列直接蒸發(fā)小行星，發(fā)射反物質(zhì)使入侵者在猛烈的湮滅反應(yīng)中炸毀，在月球上建立基地監(jiān)視來(lái)襲天敵并提前發(fā)射攜帶核彈頭的航天器予以攔截等，不過(guò)這些辦法從技術(shù)上尚難實(shí)現(xiàn)。

科學(xué)家認(rèn)為，小行星的飛行速度可能會(huì)超過(guò)目前人類現(xiàn)有的飛行器速度。當(dāng)它不是迎面撞來(lái)而是同向靠近時(shí)，人類發(fā)射的飛行器短期內(nèi)是追不上它的。所以，人類只能早早地發(fā)現(xiàn)它們，并將飛行器發(fā)射到外空“等候”，然后再想辦法將它推偏軌道。這一“戰(zhàn)場(chǎng)”離地球越遠(yuǎn)，人類就越安全。所以監(jiān)測(cè)仍然是第一位的，預(yù)警時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)人類采取的措施也就越有利，好在近幾年各國(guó)普遍加強(qiáng)了這方面的研究。

2013年2月15日，一顆隕星滑落俄羅斯中西部地區(qū)，沖擊波震碎了無(wú)數(shù)玻璃窗，傷者逾千；而幾乎同一時(shí)間，一顆小行星也在近距離飛掠地球。這兩起事件引發(fā)了全球?qū)Α疤焱鈦?lái)星”可能造成危害的強(qiáng)烈擔(dān)憂。人們雖然已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了小行星撞擊地球的危害迫在眉睫，但時(shí)至今日，設(shè)計(jì)出來(lái)的予以應(yīng)對(duì)的幾大攔截和爆破對(duì)策，還沒(méi)有一個(gè)國(guó)家可以切實(shí)施行。如果真的出現(xiàn)一顆將導(dǎo)致世界末日的小行星，人類是否能有足夠的智慧和技術(shù)來(lái)對(duì)付它，出色導(dǎo)演一場(chǎng)“人定勝天”的大片？目前沒(méi)有人確切知道。