小行星威脅地球

曲炯

不久前，一則有些科幻的新聞沖上了熱搜，國家航天局副局長吳艷華表示，我國將著手組建近地小行星防御系統(tǒng)……為未來人類真正應(yīng)對小行星地外天體對地球家園的威脅，真正作出中國新的貢獻。

那么，什么是近地小行星？它們對地球家園有什么威脅？怎樣解除它們的威脅呢？

冷兵器式的方法，可以發(fā)射一個撞擊器去撞擊小行星，改變它的速度或方向。或者用非接觸的方法，讓一個牽引器陪著小行星一起飛，引力會漸漸把小行星拉偏軌道，所謂“差之毫厘，謬以千里”，計劃實施得足夠早的話，就有使小行星脫靶的希望。

所謂“近地小行星”，就是其軌道和地球軌道相交，或者將來經(jīng)過行星引力攝動后可能與地球軌道相交的小行星。要知道，太陽系里既沒有紅綠燈和交警，也沒有扳道工，這些小行星和地球的軌道相交，就有一頭撞上地球的危險。（為了簡便起見，接下來咱們說“小行星”“小天體”的時候，也包括彗星的彗核部分，畢竟它和“小行星”對地球的傷害大同小異。）

可能有些朋友會覺得，宇宙那么大，小行星那么小，撞地球的可能性一定很小吧？

但事實恰恰相反。

打個比方，大家都坐過汽車，肯定經(jīng)歷過大雨天雨點噼里啪啦打在車窗上的景象，如果地球是一輛車，在圍著太陽轉(zhuǎn)的車道上，地球的車窗玻璃也會一直噼啪作響，不過打過來的東西可不是雨點。

據(jù)估算，每天都有2500萬顆大大小小的流星體闖進地球大氣層，累積起來，每年的總量大約有15000噸。

你之所以還能拿著手機讀到這篇文章，是因為幸好大部分流星體的個頭都非常小。能被看到的流星，絕大多數(shù)是由沙子或綠豆尺寸的小天體造成的，它們的麻雀戰(zhàn)術(shù)通常不會造成嚴(yán)重后果。

但是，“流星體”和“小行星”只是人類的分類用語，它們之間并沒有清晰的界限。如果一顆“流星體”長得足夠“膀大腰圓”，就可能一直砸到底層大氣甚至地面上，造成重大災(zāi)難。下面就列出比較著名的幾起。

2013年2月15日的清晨，俄羅斯的車?yán)镅刨e斯克上空劃過一顆火流星，光芒壓倒了初升的太陽，這顆火流星還在空中留下了大約10千米長的煙塵軌跡，未在空中燒完的隕石，在冰凍的車巴庫爾湖面上砸出了一個6米寬的大洞。7200多座房屋因火流星的爆炸震波受損，1491人受到間接傷害。據(jù)估計，車?yán)镅刨e斯克的火流星事件是一顆直徑17到20米的小行星造成的。

在歷史上，更大規(guī)模的天體撞擊并不遙遠(yuǎn)。

1908年6月30日，還是俄羅斯，在通古斯河附近的上空發(fā)生了一起驚天動地的大爆炸，沖擊波將方圓650千米內(nèi)的窗戶玻璃震碎，超過2150平方千米的8000萬棵樹焚毀倒下，遠(yuǎn)在英國的氣壓記錄儀都偵測到了爆炸產(chǎn)生的氣壓起伏?，F(xiàn)在的科學(xué)界普遍認(rèn)為，通古斯大爆炸的肇事者是一顆直徑65米左右的石質(zhì)小行星。

而最著名的小行星撞擊遺址，恐怕是墨西哥的?？颂K魯伯隕石坑了，大約6600萬年前，一顆直徑至少10千米的小行星以每秒20千米的速度擊中這里，揭開了白堊紀(jì)滅絕事件的序幕，地球上75%的物種，包括全部非鳥恐龍，在這次滅絕事件中永遠(yuǎn)告別了地球生命大舞臺。

所以從這個角度說，人類能發(fā)展到現(xiàn)在，可能還真的得感謝一下小行星的“不殺之恩”了。

前文說了，10千米級的小行星造成了大滅絕，大家可能會奇怪：才10千米的石頭，也就是一個城市的尺寸，居然能禍禍掉表面積5億平方千米的大千世界嗎？

不要忘記這塊石頭還有10千米高——比珠峰還要高1000多米。這么一座巨山以高速砸到地面上，咱們可以用動能公式來算算它攜帶的能量（合并公式過程略）：

這個能量 ≈ 密度×直徑3×速度2÷3.82

把數(shù)據(jù)一個個填進公式里去，全部按照國際單位制的標(biāo)準(zhǔn)單位，碳質(zhì)球粒隕石密度平均為3300千克/立方米，直徑就按10000米，速度用20000米/秒吧。大家就會看到，這個公式計算的是各種千啊萬啊的平方立方的乘積，最后得到的結(jié)果，大約是346，000，000，000，000，000，000，000焦耳——科學(xué)界對這次撞擊的估算值的前三位是420，但量級相同，是一個長達(dá)24位的數(shù)字（你看一行確實沒寫下 ↓↓↓ ）。

420，000，000，000，000，000，000，000焦耳

這是個什么概念呢？它相當(dāng)于太陽核心每毫秒產(chǎn)生的全部能量，或者說是200萬顆沙皇氫彈爆炸釋放的能量，假如地球5億平方千米的表面均勻覆蓋著2米深、0℃的水，那么這個能量足以把這些水全部燒開。

幸好，那一瞬間的撞擊能量將集中在撞擊點，這會使小行星完全氣化，并當(dāng)場崩出一個100千米寬、30千米深的巨坑，而不會一下子將所有能量平攤到整個地球。但別高興得太早，能量守恒定律決定了大家領(lǐng)盒飯只是遲早的事，因為撞擊造成的影響雖遲但到……

從撞擊點這里出發(fā)的，有時速1000千米的狂風(fēng)，有浪高1500米的海嘯。此外，有25萬億噸的物質(zhì)將在瞬間被拋向高空，其中一部分會濺射進太空，再也不會歸來，另一部分會重新落回地球，在重入大氣層時它們將再度熾燃，火風(fēng)暴將席卷全球。

而撞擊產(chǎn)生的大量灰塵和燃燒造成的灰燼懸浮在大氣中，長時間遮蔽陽光，妨礙植物進行光合作用，生態(tài)系統(tǒng)就此瓦解，食物鏈上層的各級消費者會次第滅亡。

來這么一下，地球就已經(jīng)被虐成這樣了，以后是不是就太平無事了呢？小行星的態(tài)度，自然是：我錯了，下次還敢。

雖然目前還沒有小行星真的給人類致命一擊，但這事兒咱們真的不能賭運氣。

據(jù)NASA估算，大約每5000年，就會有一顆尺寸140米以上的小行星和地球相撞。2019年7月25日，一顆臨時編號2019 OK的小行星很不OK地從距離地球72000千米處飛掠而過，這個距離還不到地月距離的五分之一。這么近已經(jīng)夠恐怖的了吧？更恐怖的是，直到飛掠前一天，它才被人類發(fā)現(xiàn)！

而2029年4月13日，尺寸170～450米的小行星99942——亦稱“毀神星”——將距地表32000千米左右擦臉飛過，這個距離已經(jīng)比同步衛(wèi)星軌道還要低了！

人類以智慧生物自詡，但如果面對小行星的暴擊，卻和不讀書的恐龍一樣窩囊地死去，想想就挺糟心的。

要想防止被小行星莫名糊臉，就得先知道它們有多少，都躲在哪兒，發(fā)現(xiàn)得越早越好。從近30年前，就有多個近地小天體監(jiān)測項目陸續(xù)啟動，平均每周能發(fā)現(xiàn)40顆，收獲頗豐。

各個近地小天體監(jiān)測項目的逐年發(fā)現(xiàn)數(shù)量

為什么吳副局長說，要建立地基天基的監(jiān)測系統(tǒng)？從地面觀測還不夠嗎？確實不夠。有些小行星是借著明亮天體的光芒掩護奔襲而來的，比如車?yán)镅刨e斯克的那顆，是從太陽方向飛來的，要想提前發(fā)現(xiàn)它，就得白天看星星，所以對它的到來，事前無人知曉。

再如很不OK的2019 OK（前文提到的小行星編號），在本該能看到它的那幾天，遇到了滿月。如果把監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)射到大氣層外，那么太陽月亮的明亮圓盤旁邊緊貼著的，就是黑漆漆的太空，“白天找星星”也就能做到了。

那么，如果我們運氣奇佳——或者說奇差，真的發(fā)現(xiàn)了一顆會撞到地球的小行星，我們又該如何解決掉它呢？

好萊塢科幻災(zāi)難大片酷愛使用小行星撞地球的橋段，像《天地大沖撞》《絕世天劫》都有人類想方設(shè)法炸飛小行星的情節(jié)?，F(xiàn)實中也是如此，面對毀滅的危機，人類決不會坐以待斃，好消息是，目前已經(jīng)有了很多可行的方案。

一旦發(fā)現(xiàn)有小行星威脅地球，一切可能的方案，歸根結(jié)底都可分為兩類：瓦解和推離。

瓦解，就是把小行星分裂成零散個體（主要靠炸），飛向多個方向的小天體碎塊會脫靶錯失地球，或者個頭小到足以在大氣層中燒盡。

推離呢，則是把小行星整體帶偏軌道，或者讓它加速或減速，提前或滯后到達(dá)約會點，同樣達(dá)到脫靶的效果。地球的赤道直徑是12756千米，公轉(zhuǎn)速度每秒30千米，每走完一個自身身長需要425秒，也就是七分半左右。推離的要旨，就是為地球爭取425秒的時間。

在具體實施辦法上，有下面幾種：

最容易被想到的是熱核武器。熱核武器產(chǎn)生的大量熱能可以使小行星局部氣化，并用這個臨時產(chǎn)生的氣體崩裂小行星，或者噴射物質(zhì)把主體推離軌道。但是也要小心，一旦計劃失敗，砸中地球的將不僅是一顆小行星了，還是一顆自帶核污染的小行星。

冷兵器式的方法，可以發(fā)射一個撞擊器去撞擊小行星，改變它的速度或方向?；蛘哂梅墙佑|的方法，讓一個牽引器陪著小行星一起飛，引力會漸漸把小行星拉偏軌道，所謂“差之毫厘，謬以千里”，計劃實施得足夠早的話，就有使小行星脫靶的希望。

也有許多小眾一些的主意，例如送一臺挖掘拋射機到小行星表面，不斷把小行星表面的物質(zhì)拋向太空，一邊使它慢速解體，一邊讓動量守恒定律來幫著改變小行星軌道?；蛘哂眉す饣蚓劢圭R氣化小行星的局部表面，使它被噴射出的巖石氣體逐漸推離。如此等等，不一而足。

從見效時間上來說，也可以分為兩類：閃電戰(zhàn)和持久戰(zhàn)。熱核武器或撞擊器算是閃電戰(zhàn)，引力牽引、挖掘拋射、局部噴射這些則是持久戰(zhàn)。但是不管哪一種方法，都需要及時發(fā)現(xiàn)，盡早安排。NASA目前最樂觀的估計是5到10年的準(zhǔn)備期，并且正在實施對第65803號Didymos小行星的撞擊實驗，預(yù)計2022年9月底、10月初完成撞擊。

吳副局長提出的2025或2026年實施一次技術(shù)實驗，從時間表來說，已經(jīng)非常積極進取了。從吳副局長的話中，我們可以讀出實施方案是撞擊，只是，不知咱們挑選的小行星是哪一顆呢？

最后再說點大家喜聞樂見的，雖然一提起小天體撞地球，大家往往都會往“天災(zāi)”的方向考慮，但偶爾也會有人因此變得非常土豪（當(dāng)然，撞的時候可別在現(xiàn)場……）。

比如在德國，有個名叫諾德林根的小鎮(zhèn)，人口不到兩萬，坐落在一個直徑25千米、深約100到150米的巨坑里。起初科學(xué)家以為這個坑是個火山口，后來在此找到只有在高速沖擊下才能形成的柯石英，表明這是1500萬年前、一顆直徑1500米的小行星形成的撞擊坑。

撞擊和高溫形成了估計總量72000噸的沖擊鉆石，可惜這些鉆石非常細(xì)碎，最大不超過0.2毫米，混在土壤里，被這座城市的建造者們無意間拿來修路砌墻蓋房子了，所以，以 “含鉆量”來說，這小鎮(zhèn)實在是土中有豪，土豪極了。

◎ 來源|微信公眾號“科學(xué)辟謠”