一顆危險(xiǎn)的小行星向地球撞來，科學(xué)家能做什么

□文/瞿立建

2013 年，一顆直徑20 米的小行星在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克上空進(jìn)入大氣層，在半空中發(fā)生爆炸，產(chǎn)生的沖擊波震碎了全城的窗玻璃，造成約1 600 人受傷。

還記得電影《世界末日》嗎？一顆巨大的小行星即將撞擊地球，布魯斯·威利斯乘航天飛機(jī)飛臨小行星，用核彈炸毀了這顆小行星，拯救了地球上的所有生命。

科幻將變成現(xiàn)實(shí)。從2021 年開始，人類將真的派出飛船穿越太空，撞擊小行星，測試我們是否能使危險(xiǎn)的它們偏離與地球直接相撞的軌道。

AIDA 任務(wù)

盡管《世界末日》這部電影有諸多科學(xué)上的錯(cuò)漏，但它的部分創(chuàng)意被美國國家航空航天局（NASA）和歐洲航天局（ESA）采納了，兩家機(jī)構(gòu)計(jì)劃合作開展一項(xiàng)名為小行星撞擊和偏轉(zhuǎn)評估（AIDA）的航天項(xiàng)目。

AIDA 項(xiàng)目第一次航天發(fā)射將于2021 年7月下旬進(jìn)行，名為雙小行星重定向試驗(yàn)（DART），由美國負(fù)責(zé)。執(zhí)行任務(wù)的達(dá)特（DART）飛船將在卡納維拉爾角起飛，開始自己的自殺式飛行之旅。飛行14 個(gè)月后，飛船將撞擊雙小行星系統(tǒng)迪代莫斯（Didymos，希臘語中意思是雙胞胎）中的一顆小行星。

目的不是將小行星粉碎，而是要稍微改變它的軌道速度，使其偏離撞擊地球的軌道。

在這個(gè)項(xiàng)目中，歐洲方面的任務(wù)是發(fā)射赫拉（Hera）宇宙飛船。飛船將在美國的達(dá)特飛船實(shí)施完撞擊3 年后抵達(dá)，以研究撞擊的效果。

危險(xiǎn)的小行星

依據(jù)對地球的威脅程度，小行星被分為好幾個(gè)等級。最高等級是所謂的“地球殺手”，它們是直徑超過10 千米的小行星。6 500 萬年前，正是這類小行星導(dǎo)致恐龍滅絕。

值得慶幸的是，我們不必太擔(dān)心類似悲劇重演，科學(xué)家有95%的把握，在未來的幾百年里，人類不會像恐龍那樣遭遇滅頂之災(zāi)。

科學(xué)家之所以如此有把握，是因?yàn)槟切┠軞绲厍虻男⌒行莻€(gè)頭比較大，也比較明亮，在過去幾十年中一直被嚴(yán)密監(jiān)視。目前，它們都距離地球比較遠(yuǎn)，暫時(shí)無須為它們憂心忡忡。

達(dá)特飛船將在2022 年撞上雙小行星系統(tǒng)

反倒是那些低等級威脅的小行星更小更暗，難以監(jiān)視和防范。大多數(shù)較小的小行星還沒被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，不是他們沒有努力去找，而是真的難找到。

這是令人憂心的大問題。直徑100～300米的小行星被稱為“城市殺手”，因?yàn)楫?dāng)它們撞擊地球時(shí)，可以輕易地摧毀一座城市。1908年，一顆此級別的小行星撞擊在西伯利亞的通古斯地區(qū)。萬幸的是，這是一片無人區(qū)，沒有人死亡，但破壞程度令人震驚，撞擊的沖擊波夷平了2 000 平方千米的森林。

如果綜合考量撞擊地球的可能性與小行星的數(shù)量，對我們威脅最大的小行星很可能來自直徑100～300 米的未知小行星。它撞到哪里，哪里就將成為一片廢墟。如果它的直徑達(dá)到300 米，能毀滅一個(gè)小國家。

發(fā)生小行星撞擊地球的災(zāi)難時(shí)，航天機(jī)構(gòu)可有應(yīng)對之策？電影《世界末日》上映后，公眾也很關(guān)心這個(gè)問題。

這促使ESA 組建了近地天體航天顧問委員會，這個(gè)委員會在21 世紀(jì)初評估了用航天器化解小行星威脅的可行性。

雙小行星系統(tǒng)成為目標(biāo)

軌道偏轉(zhuǎn)試驗(yàn)存在速度測量上的難點(diǎn)。研究人員最初的目標(biāo)是一顆名為2002 AT4的小行星，他們試圖將它的速度改變0.5 毫米/秒左右。但測量這種微小的變化是特別困難的，因?yàn)樾⌒行钦?0～40 千米/秒的速度繞著太陽運(yùn)行。

赫拉飛船計(jì)劃于2025 年升空，前提是資金能到位

美國約翰·霍普金斯大學(xué)的天文學(xué)家鄭博士提出了一個(gè)解決方案。他建議，與其瞄準(zhǔn)一顆小行星，不如找一個(gè)小行星雙星系統(tǒng)，瞄準(zhǔn)其中較小的一顆。這樣，0.5 毫米/秒的速度就更容易測量了，因?yàn)殡p小行星之間的相對速度只有每秒幾厘米。

于是，雙小行星系統(tǒng)迪代莫斯進(jìn)入了航天專家的備選名單。

迪代莫斯在1996 年被發(fā)現(xiàn)，并在2003 年被證明是一對小行星。較大者直徑為750 米，較小者直徑為170 米，后者是前者的衛(wèi)星，名為迪代莫恩，達(dá)特飛船的目標(biāo)就是它。

約翰斯·霍普金斯大學(xué)的安德魯·里夫金博士是達(dá)特航天任務(wù)的領(lǐng)導(dǎo)者，他說道：“與地震和海嘯這樣的自然災(zāi)害不同，小行星和彗星之類的撞擊是我們可以干預(yù)的，我們可以從源頭處讓小行星偏離地球，而在技術(shù)上這也是可實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在我們要做一下測試。”

達(dá)特航天飛船將以6～7 千米/秒的速度接近迪代莫恩，并在距離地球約1 100 萬千米的地方撞擊它。如果這個(gè)計(jì)劃能取得成功，這將是航天領(lǐng)域的一個(gè)驚人成就。

NASA 在這方面有一些經(jīng)驗(yàn)。2005 年，NASA 進(jìn)行了一項(xiàng)被稱為“深度撞擊”的航天任務(wù)——將一艘飛船撞向坦普爾1 號彗星。不過撞擊的目的是研究彗星內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成，而非使其偏離軌道，但該任務(wù)讓他們對太空撞擊天體技術(shù)有了充分的把握。

相比而言，達(dá)特飛船將配備更好的計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件。撞擊后，飛船會粉身碎骨，有可能在小行星上留下一個(gè)直徑10～15 米的隕石坑。

撞擊之后

達(dá)特飛船完成使命后，地球上的望遠(yuǎn)鏡將開始追蹤迪代莫斯，并觀察迪代莫恩的軌道是否發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。

到2025 年，ESA 負(fù)責(zé)的赫拉飛船將抵達(dá)迪代莫斯附近，開始它的工作，觀察達(dá)特飛船制造的隕石坑的大小和形狀。

科學(xué)家也將通過撞擊效果，首次獲得關(guān)于迪代莫恩的物質(zhì)組成方面的信息。赫拉飛船還將攜帶一套儀器進(jìn)行其他分析，從而推斷出小行星的質(zhì)量、密度和熱性質(zhì)。

只有獲得這些信息，我們才能在未來發(fā)射飛船撞開即將撞擊地球的小行星。了解小行星的組成性質(zhì)將幫助科學(xué)家更準(zhǔn)確地計(jì)算軌道偏轉(zhuǎn)。

可以想象，在未來某個(gè)時(shí)刻，一顆危險(xiǎn)的小行星正朝我們飛來，科學(xué)家立即開始研究它的性質(zhì)，并與迪代莫恩進(jìn)行比較。然后就可以計(jì)算出，要用多大的撞擊才能使它偏離方向。

換句話說，赫拉飛船將給出飛船撞擊小行星效果的精確數(shù)據(jù)，幫助我們應(yīng)對未來可能面臨的小行星撞擊災(zāi)難。

在現(xiàn)實(shí)生活中，沒有布魯斯·威利斯來拯救我們，我們需要科學(xué)的力量。