圖解太陽系小天體（3）

文 / 葉楠

近地小行星

大約6500萬年前，一顆直徑約10千米的小行星撞擊現(xiàn)在墨西哥的尤卡坦半島，包括恐龍?jiān)趦?nèi)的75%地球物種在這次撞擊中滅絕。此次事件被稱為白堊紀(jì)-古近紀(jì)滅絕事件。1980年，諾貝爾物理學(xué)獎得主阿爾瓦雷茲在撞擊點(diǎn)?？颂K魯伯隕石坑內(nèi)發(fā)現(xiàn)了此次撞擊的證據(jù)。1937年，69230號小行星以2倍月地距離掠過地球。1989年，直徑300米的4581號小行星距離地球最近時只有70萬千米，如果這顆小行星撞擊地球，將會造成人類有史以來最大的災(zāi)難，而令人后怕的是這顆小行星是在飛掠地球之后才被發(fā)現(xiàn)。2002年，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室近地天體研究中心近地小行星自動監(jiān)測系統(tǒng)開始運(yùn)行，截至2021年底，監(jiān)測系統(tǒng)的巡天望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近28000顆近地小行星，并以每年3000顆的速度繼續(xù)增加，其中不乏對地球有潛在威脅的小行星。

通古斯大爆炸

1908年6月30日清晨，在貝加爾湖西北方800千米處，通古斯河附近一顆隕石在空中發(fā)生了爆炸，爆炸威力相當(dāng)于1000枚投放在廣島的原子彈，爆炸影響范圍超過2000平方千米。圖為1927年一組調(diào)查隊(duì)來到爆炸現(xiàn)場拍到的照片，雖然已經(jīng)過去了近20年，但仍然可以看出爆炸的痕跡。上世紀(jì)60年代調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在爆炸中心區(qū)域內(nèi)有大量金屬鎳和銥，還有極小的玻璃隕石。1978年，天文學(xué)家克雷薩科認(rèn)為此次爆炸的元兇可能是恩克彗星的碎片，數(shù)值計算表明撞擊來源方向與恩克彗星引發(fā)的金牛座β流星雨發(fā)生時間和軌道相吻合。

車?yán)镅刨e斯克撞擊事件

2013年2月15日上午，一顆直徑大約15米，重達(dá)7000噸的隕石進(jìn)入大氣層并發(fā)生爆炸，在空中留下了大約10千米長的軌跡（左圖），主要碎片落入切巴爾庫爾湖。此次事件造成車?yán)镅刨e斯克大約1491人受傷，主要原因是爆炸沖擊波引發(fā)建筑玻璃破碎。烏拉爾聯(lián)邦大學(xué)科學(xué)家在巴爾庫爾湖發(fā)現(xiàn)了其中一塊碎片（右圖）。通過對各種錄像進(jìn)行分析，天文學(xué)家計算出這顆隕石屬于阿波羅型小行星。

近地小行星分類

近地小行星根據(jù)其軌道特征分為三類：第一類被稱為阿登型小行星，平均軌道半徑接近1個天文單位，遠(yuǎn)日點(diǎn)大于地球的近日點(diǎn)（0.983天文單位）；第二類被稱為阿波羅型小行星，平均軌道半徑位于地球軌道以外，近日點(diǎn)位于地球軌道以內(nèi)；第三類被稱為阿莫爾型小行星，其軌道在地球軌道以外。阿登型和阿波羅型小行星會穿越地球軌道，故可能會對地球造成威脅，屬于近地天體監(jiān)測的重點(diǎn)關(guān)照對象。包括車?yán)镅刨e斯克隕石在內(nèi)，近年來也有多起隕石墜落事件，但以現(xiàn)有的技術(shù)我們尚無法對這類大小的天體進(jìn)行跟蹤預(yù)警。

▲從左至右：阿登型、阿波羅型、阿莫爾型小行星分布（綠色部分）示意圖（M：火星、V：金星、H：水星、E地球）

對地球構(gòu)成威脅的幾顆近地小行星

伊卡洛斯

在希臘神話中，伊卡洛斯試圖利用羽毛和蠟制成的翅膀逃離克里特島，可是由于飛得太靠近太陽，結(jié)果翅膀上的蠟融化，掉入了大海。1949年，帕洛瑪山天文臺發(fā)現(xiàn)了一顆小行星，由于它的軌道偏心率達(dá)到了0.83，不僅穿越火星和地球軌道，還穿越了水星軌道，故以伊卡洛斯的名字來命名。1968年，它以635萬千米的距離飛掠地球，戈德斯通天文臺對它進(jìn)行了雷達(dá)跟蹤，這也是人類首次對小行星進(jìn)行雷達(dá)探測。2015年，伊卡洛斯再次接近地球，最近距離為805萬千米。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，伊卡洛斯的直徑約為1.44千米，絕對星等約為17等。圖為伊卡洛斯2015年回歸時的雷達(dá)圖像。

1950 DA

1950年2月，天文學(xué)家維爾塔寧在利克天文臺發(fā)現(xiàn)了這顆小行星，編號為1950 DA。2001年1月，羅威爾天文臺重新發(fā)現(xiàn)了它，同年3月5日，1950 DA以780萬千米的距離飛掠地球。當(dāng)時世界上最大的單體射電望遠(yuǎn)鏡阿雷西博對它進(jìn)行了雷達(dá)探測（圖為當(dāng)時探測的雷達(dá)圖像），探測表明它的直徑為1.1千米，具有相當(dāng)高的密度。最令人擔(dān)心的是，根據(jù)當(dāng)時的計算它有可能在2880年與地球相撞，是當(dāng)時已知撞擊地球幾率最高的天體。不過隨著探測精度的提高，現(xiàn)在它撞擊地球的機(jī)率修正為約萬分之一。

2008 TC3

世界時2008年10月6日6時39分，天文學(xué)家科瓦斯基利用卡特琳娜巡天系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了一顆快速掠過的小行星，系統(tǒng)自動計算出這顆小行星的軌道，顯示具有潛在撞擊的可能。此后比薩大學(xué)、噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室小行星中心監(jiān)測分別對接下來的撞擊進(jìn)行了預(yù)警，這也是人類首次成功預(yù)測小行星撞擊地球事件。世界時10月7日2時46分，2008 TC3從蘇丹北部上空進(jìn)入地球大氣層，在努比亞沙漠上方數(shù)十千米的高度發(fā)生爆炸。一架距離爆炸地1400千米的飛機(jī)上乘客目睹了這一過程，爆炸的光亮將黑夜照的宛如白晝。之后，在撞擊帶附近共發(fā)現(xiàn)了約600塊隕石碎片，總質(zhì)量達(dá)10.5千克。圖為尋找隕石碎片現(xiàn)場。

阿波菲斯

阿波菲斯是古埃及代表黑暗、混亂、破壞之神的名字，同時也是一顆發(fā)現(xiàn)于2004年6月19日編號為99942的小行星的名字。這顆小行星直徑約400米，軌道半長徑小于1個天文單位，屬于阿登型小行星。經(jīng)過半年的觀測，2004年12月天文學(xué)家計算出阿波菲斯將于2029年4月14日到達(dá)地球附近，與地球相撞的概率最高為2.7%。這引起了人們的廣泛關(guān)注，如果真的相撞將釋放出相當(dāng)于15.3億噸TNT炸藥的能量。經(jīng)過更長時間的觀測，2006年預(yù)計阿波菲斯將以相隔5.6個地球半徑的距離擦肩而過。圖為根據(jù)光變曲線模擬的阿波菲斯三維形狀。

近地小行星探測

除了利用地面天文臺、雷達(dá)站獲取信息之外，還有數(shù)個空間探測器對近地小行星進(jìn)行過探測。發(fā)射于1996年的“NEAR-舒梅克號”（左圖）是第一個以近地小行星為目標(biāo)的探測器。2000年“NEAR-舒梅克號”開始環(huán)繞愛神星飛行，并在次年成功軟著陸。

日本的近地小行星采樣返回項(xiàng)目共發(fā)射了兩個探測器：“隼鳥1號”于2003年升空，2005年在糸川小行星著陸采樣，2010年成功返回地球；“隼鳥2號”于2014年升空，2018年釋放采樣器登陸小行星龍宮，2020年成功返回地球。

“嫦娥二號”是我國第二個月球探測器，在完成探月任務(wù)后于2012年底對4179號小行星托塔蒂斯（右圖）進(jìn)行了探測。托塔蒂斯是一顆直徑達(dá)到4.5千米的阿波羅型小行星，2004年9月曾與地球擦肩而過。探測數(shù)據(jù)表明未來它撞擊地球的可能性非常低。

2016年，美國的奧西里斯-雷克斯號探測器發(fā)射升空，于2018年底飛臨直徑500米的小行星貝努，之后“奧西里斯-雷克斯號”開始環(huán)繞貝努飛行，并進(jìn)行采樣，預(yù)計2023年返回地球。

關(guān)于近地小行星的空間探測，在前期《圖解深空探測史》中有更詳細(xì)介紹。糸川、龍宮、托塔蒂斯以及貝努都屬于阿波羅型近地小行星。一般將與地球軌道交點(diǎn)距離小于0.05天文單位（約750萬千米）的近地小行星稱為具有潛在威脅小行星。迄今為止這類天體發(fā)現(xiàn)數(shù)量超過2000顆，其中絕大部分都是阿波羅型小行星。由于小行星體積較小，反照率較低，發(fā)現(xiàn)它們是一件非常困難的事情。但比之更困難的是對未來軌道的預(yù)測，當(dāng)小行星接近其他天體時會受到引力攝動的影響，所以長時期的軌道預(yù)測是更加困難的。但近地小天體對地球的威脅是如此之大，對于整個人類文明的發(fā)展進(jìn)程是不可忽視的。