小行星防御指南

□文/呂默默

供圖/視覺中國(guó)

也許你聽過一個(gè)很炫酷的名詞——小行星防御系統(tǒng)，也能大概理解這個(gè)詞的含義：為了防止小行星撞擊地球做的一個(gè)防御系統(tǒng)。你可能還知道，有些小行星沖進(jìn)大氣層后形成了美麗的流星，之后變身成為珍貴的隕石。這壓根沒什么危險(xiǎn)，而且據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界并沒有一個(gè)人被小行星砸死。但為什么天文學(xué)家一聽到小行星即將與地球擦身而過時(shí)，就會(huì)如臨大敵呢？

2022年4月24日，國(guó)家航天局副局長(zhǎng)吳艷華首次向外界披露：我國(guó)將著手組建近地小行星防御系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)近地小行星撞擊的威脅，為保護(hù)地球和人類安全貢獻(xiàn)中國(guó)力量。我國(guó)這一全新的航天項(xiàng)目，立刻引起了學(xué)界和航天愛好者的廣泛關(guān)注。

6500多萬(wàn)年前的小行星災(zāi)難

為什么那些靠近地球的小行星會(huì)讓天文學(xué)家如臨大敵？如果你不清楚答案，不妨來看看下面這個(gè)故事。

6500多萬(wàn)年前的某一天，墨西哥灣附近的一處小山坳里，有一群三角龍正在休息。烈日當(dāng)空，空氣悶熱而又潮濕，一只小三角龍從草叢中伸出腦袋，瞄了瞄無時(shí)無刻不在散發(fā)著強(qiáng)烈光芒的火球，低下頭想再次躲進(jìn)陰涼，等到傍晚再出來覓食。當(dāng)它還未來得及把整個(gè)身體都塞進(jìn)陰涼時(shí)，似乎是天上巨大的火球分裂出來幾個(gè)小火球，飛速向西邊的海灣墜落。海灣瞬間被點(diǎn)亮了，甚至比天上的火球還要刺眼。緊接著，就有巨大的轟隆聲傳來，遠(yuǎn)處山丘上的樹木被突如其來的颶風(fēng)吹倒，騰起的煙塵逐漸覆蓋了整個(gè)天空。

或許這只三角龍做夢(mèng)都沒想到，這是它經(jīng)歷的最后一個(gè)溫暖的日子。它幸運(yùn)地在山坳里躲過了這顆直徑超過10千米的小行星撞擊地球帶來的巨大爆炸和超音速?zèng)_擊波，但沒有熬過騰起的煙塵帶來的后續(xù)影響。

這顆小行星于6500多萬(wàn)年前撞擊在墨西哥尤卡坦半島，直接撞擊之后形成了著名的?？颂K魯伯隕石坑。這個(gè)隕石坑的平均直徑是180千米，大約是北京東六環(huán)到西六環(huán)距離的3倍，這也是地球上發(fā)現(xiàn)的最大的小行星撞擊隕石坑。這顆小行星撞擊地球釋放的能量，大約是人類目前最大的氫彈爆炸釋放能量的200萬(wàn)倍。但這并不是最可怕的，如果僅僅是釋放了巨大的能量，可能只會(huì)對(duì)當(dāng)時(shí)的北美洲和南美洲造成一定影響，而不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)恐龍時(shí)代的結(jié)束。撞擊帶來的沖擊，把大量的煙塵拋撒到空中，通過大氣循環(huán)，導(dǎo)致全球在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)看不到太陽(yáng)，加上氣溫異常，大量的植物開始死亡。緊接著，以植物為食的恐龍和其他動(dòng)物開始餓死，最后是那些食肉的恐龍……

故事講完了，雖然我們沒有哆啦A夢(mèng)的時(shí)光機(jī)，無法回到6500萬(wàn)年前的墨西哥灣親眼證實(shí)以上推測(cè)，但地質(zhì)學(xué)家已經(jīng)從數(shù)千萬(wàn)年來地層中埋藏的證據(jù)得出了結(jié)論，恐龍時(shí)代的結(jié)束很可能就是這顆小行星撞擊地球造成的。

恐龍時(shí)代的結(jié)束很可能就是小行星撞擊地球造成的

讓我們來思考這樣一個(gè)問題：假如未來幾年或者幾十年中，有這樣一顆小行星撞擊地球，以人類現(xiàn)有的科技手段，我們真的能比恐龍活得更久嗎？且不說小行星撞擊帶來的全球性大地震，僅僅是遍布全球的煙塵帶來的影響就可以讓人類社會(huì)元?dú)獯髠?。如果全世界幾年?nèi)連續(xù)陰雨，不見陽(yáng)光，沒有持續(xù)的糧食產(chǎn)出，將會(huì)餓死很多人。

也許你還會(huì)說，這僅僅是一個(gè)小概率事件，畢竟6500多萬(wàn)年以來也就只有這一次小行星大撞擊事件。但只要概率不是零，就有可能發(fā)生，可能是1萬(wàn)年以后，也可能是10年之后。所以，為了不讓人類步恐龍的后塵，科學(xué)家們開始研究建造小行星防御系統(tǒng)。

小行星其實(shí)就是太陽(yáng)系形成之后的“碎渣渣”

為什么小行星這么危險(xiǎn)

要想防御襲擊地球的小行星，就需要知道小行星究竟為何物、從哪里來、要去往何處。

說起小行星，還要從40多億年前太陽(yáng)系形成之初說起。我們的太陽(yáng)系誕生于46億年前的一大團(tuán)原始星云，經(jīng)過億萬(wàn)年的演化，最終形成了太陽(yáng)系中心的太陽(yáng)和八大行星。但是，偌大的原始星云可不會(huì)沒剩下半點(diǎn)兒邊角料。事實(shí)上，剩余的原始星云形成了大量的星際塵埃，這些星際塵埃又逐漸形成了飄浮在太陽(yáng)系各個(gè)軌道角落里的小石塊。這些小石塊逐漸碰撞、合并成大石塊，再形成小行星。

太陽(yáng)系形成之初，仍然處于相對(duì)混亂的階段，不斷有各類天體穿越行星軌道碰撞在一起，也會(huì)彈出更多的小碎片。有天文學(xué)家給這些小碎片起了一個(gè)非常形象的名字，把它們稱為太陽(yáng)系形成之后的“碎渣渣”。這些“碎渣渣”主要集中在火星和木星的軌道之間。直徑在1千米以上的“碎渣渣”，數(shù)量就有70萬(wàn)～170萬(wàn)之多。

這些小行星被發(fā)現(xiàn)之初，科學(xué)家們也有很多爭(zhēng)論。比如，多大的“碎渣渣”才能被叫作小行星？國(guó)際上并沒有統(tǒng)一的定義，有的科學(xué)家認(rèn)為直徑只要大于1米的“碎渣渣”就應(yīng)該是小行星，也有科學(xué)家認(rèn)為小行星的直徑至少應(yīng)該大于10米，因?yàn)榇笥谶@個(gè)尺寸的小行星在進(jìn)入地球大氣層時(shí)，才不會(huì)被強(qiáng)烈的空氣摩擦燃燒殆盡，才能穿透大氣層，最終砸在地球表面。

這時(shí)候，你可能就會(huì)有更多的疑問了，不就是一塊直徑10米的石頭嗎？這也能造成巨大的災(zāi)難？這要從小行星的運(yùn)行速度說起。

一般小行星在太陽(yáng)系內(nèi)的運(yùn)行速度為45千米/秒，而地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度約是30千米/秒。如果小行星與地球相向而行，正面相撞，相對(duì)速度可以達(dá)到75千米/秒，也就是270000千米/時(shí)；即使小行星從后面撞上地球，相對(duì)速度也可達(dá)15千米/秒，也就是54000千米/時(shí)。以幾萬(wàn)千米的時(shí)速撞擊地球，即使是直徑不到300米的小行星，釋放的能量也相當(dāng)于廣島原子彈的1000倍。計(jì)算了這個(gè)撞擊能力，也就容易解釋為什么僅僅是直徑10千米的小行星撞上地球都能讓恐龍時(shí)代結(jié)束。

要想預(yù)防小行星撞地球，得先發(fā)現(xiàn)它

按照正常軌道計(jì)算，本來這些小行星都應(yīng)該老老實(shí)實(shí)地繞著太陽(yáng)進(jìn)行公轉(zhuǎn)，安分守己地待在小行星帶。但有時(shí)候因?yàn)槟拘堑囊_動(dòng)，或者小行星之間的碰撞，一些小行星總會(huì)沖出原有軌道，沖向地球。僅在2021年，近地小行星飛掠地球的情形就發(fā)生了1074次，科學(xué)家們觀測(cè)到有21顆小行星進(jìn)入大氣層。

早在2004年，科學(xué)家們就計(jì)算出一顆直徑325米的小行星將在2029年近距離掠過地球。之后的半年里，科學(xué)家們又進(jìn)行了200次軌道計(jì)算和觀測(cè)，然后得出結(jié)論：2029年，這家伙撞擊地球的可能性是1/450。后來，科學(xué)家們又經(jīng)過更為精確的計(jì)算得出，這家伙最終會(huì)在距離地球3.84萬(wàn)千米軌道上掠過地球，這僅僅是地月距離的1/10。這顆小行星被命名為“阿波菲斯”，這是古埃及神話中毀滅之神的名字。

2029年4月13日，如果你恰好在中國(guó)北方，晚上你抬起頭，將會(huì)看到這顆小行星從夜空中自東南向西南劃過。假如這顆小行星真的撞擊地球，將釋放出相當(dāng)于15.3億噸TNT炸藥爆炸的能量，威力相當(dāng)于廣島原子彈的10萬(wàn)倍。

發(fā)現(xiàn)小行星的蹤跡更重要

小行星撞擊地球假想圖

從20世紀(jì)80年代起，科學(xué)家們已經(jīng)有了覺悟，如果有小行星撞擊地球，一定得先知道它從哪兒來、什么時(shí)候撞擊，我們才能采取行動(dòng)。于是，在1983年，關(guān)于小行星、彗星和流星體的國(guó)際會(huì)議在科學(xué)家們的期盼下召開了。也是在這一年，觀測(cè)小行星的望遠(yuǎn)鏡開始進(jìn)行研發(fā)。到了第二年，科學(xué)家們架起了一臺(tái)有感光元件的望遠(yuǎn)鏡，開始觀測(cè)小行星和彗星。望遠(yuǎn)鏡收集的遙遠(yuǎn)天體的光信號(hào)被轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，直接輸入電腦進(jìn)行分析。利用這種方法，觀測(cè)人員一晚上就可能發(fā)現(xiàn)600顆位于小行星帶的小行星。這是非常不錯(cuò)的工具，要知道，在這套工具應(yīng)用之前，科學(xué)家們一個(gè)月也就能發(fā)現(xiàn)50多顆小行星。

但是，人們很快發(fā)現(xiàn)這并不能監(jiān)測(cè)全部的小行星。經(jīng)過10多年的努力，終于從1995年12月起，由美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室主推，開展了近地小行星追蹤計(jì)劃（簡(jiǎn)稱“NEAT”）。這個(gè)計(jì)劃使用了位于夏威夷海勒卡拉火山的GEODSS望遠(yuǎn)鏡，大大提高了觀測(cè)和追蹤小行星的效率。2001年4月開始，美國(guó)加州帕洛馬山天文臺(tái)1.2米口徑的塞繆爾·奧斯欽望遠(yuǎn)鏡也加入了這項(xiàng)計(jì)劃。

雖然NEAT相對(duì)于20世紀(jì)80年代的小行星追蹤計(jì)劃來說已經(jīng)十分強(qiáng)大，覆蓋面很廣，但畢竟無法覆蓋地球的各個(gè)方向，如果恰好有小行星從盲區(qū)襲擊地球，同樣也觀測(cè)不到。所以，要想全方位地觀測(cè)有可能撞擊地球的小行星，就需要世界各國(guó)的通力合作。

早在2018年2月，中國(guó)已經(jīng)加入由聯(lián)合國(guó)批準(zhǔn)成立的國(guó)際小行星預(yù)警網(wǎng)（IAWN）。這是一個(gè)由全球各地的科學(xué)家、天文臺(tái)和空間機(jī)構(gòu)組成的組織，會(huì)及時(shí)共享各國(guó)的小行星觀測(cè)信息，這樣會(huì)大大提高發(fā)現(xiàn)對(duì)地球有威脅的小行星的概率。中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)盱眙觀測(cè)站的近地天體望遠(yuǎn)鏡是中國(guó)貢獻(xiàn)共享數(shù)據(jù)的主要設(shè)備，可觀測(cè)到直徑300米以上的近地小行星。

只有地面上的望遠(yuǎn)鏡還不夠，當(dāng)小行星從太陽(yáng)一側(cè)直沖過來時(shí)，因?yàn)槟婀?，地面上的望遠(yuǎn)鏡很可能發(fā)現(xiàn)不了它。所以，中國(guó)的研究者提出應(yīng)該發(fā)射兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡到地球軌道上，才能實(shí)現(xiàn)天地互補(bǔ)，最大限度地發(fā)現(xiàn)各個(gè)方向飛向地球的小行星。

用核彈炸毀小行星是很多科幻電影中使用的方法

最靠譜的方法是讓小行星偏離地球的軌道

發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)小行星后如何處理

發(fā)現(xiàn)了這些有可能撞擊地球、直徑還不小的小行星之后，我們應(yīng)該怎么做？

鑒于現(xiàn)代科技的發(fā)展，我們有多種對(duì)付小行星的方法。

◎核彈轟炸法

在早期的研究中，很多科學(xué)家提出使用人類技術(shù)中威力最大的炸彈——核彈去轟炸小行星，這也是很多科幻電影中使用的方法。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是聽起來很靠譜，炸起來視覺效果也是一流，但其中有一個(gè)巨大的隱患。

假如人類發(fā)射的核彈最終擊中了小行星，不偏不倚，正中靶心，會(huì)面臨一個(gè)嚴(yán)峻的問題：炸彈把石塊炸碎了，會(huì)產(chǎn)生更多的碎塊，這些碎塊直接撞擊地面，也會(huì)造成不小的災(zāi)難，沒有任何炸彈（包括核彈）能保證一次就把小行星直接炸成對(duì)地球不造成影響的碎末。所以，這只是聽來非常炫酷的辦法，并不實(shí)用。

◎撞擊法

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，去合理撞擊小行星，只要角度正確，能讓小行星偏移一段距離，讓它們不再撞向地球就可以了。這個(gè)方法不用大威力的炸彈，也不會(huì)讓小行星分崩離析到無法控制，實(shí)施起來也并不困難，唯一需要做的就是計(jì)算精確，盡早發(fā)現(xiàn)對(duì)地球有威脅的小行星即可。因?yàn)樵皆绨l(fā)現(xiàn)，也就越容易提前做準(zhǔn)備，即使撞擊讓小行星偏轉(zhuǎn)的角度很小，也會(huì)因?yàn)榫嚯x足夠長(zhǎng)而達(dá)到目的。

這個(gè)方法的缺點(diǎn)也很明顯，需要非常精確的計(jì)算。因?yàn)樵谔罩袑?duì)一顆小行星進(jìn)行精準(zhǔn)撞擊，就像在地面上發(fā)射一根針去扎幾百萬(wàn)千米之外的一根麥芒，這對(duì)飛行器精度和實(shí)時(shí)性的要求非?？量?。人類現(xiàn)有的飛行器還很難做到這一點(diǎn)，稍有偏差，飛行器就會(huì)與小行星失之交臂，錯(cuò)過寶貴的攔截機(jī)會(huì)。

◎推離法

最靠譜的方法是什么呢？發(fā)射一艘飛船，讓航天員登上小行星，安裝好推進(jìn)器，然后離開小行星，給推進(jìn)器點(diǎn)火，讓小行星在緩慢推進(jìn)中發(fā)生軌道偏轉(zhuǎn)，最終偏離地球的軌道。這個(gè)方法是最保險(xiǎn)、最有可能實(shí)現(xiàn)的，不過這也需要一個(gè)非常重要的前提，那就是小行星防御系統(tǒng)盡早發(fā)現(xiàn)小行星，計(jì)算小行星的精確軌道，規(guī)劃發(fā)射飛船的路線，以便留出足夠的反應(yīng)時(shí)間。

不過，還是之前的問題，因?yàn)樾⌒行菈焊筒话l(fā)光，體積又小，只是靠它們反射太陽(yáng)光產(chǎn)生亮度，所以并不容易被發(fā)現(xiàn)。例如，在“2019 OK”小行星來到地球附近的前一天，人類才觀測(cè)到了它。這顆小行星的直徑在100米左右，與地球的最近距離僅有7萬(wàn)多千米，如果它撞上地球，也會(huì)帶來不小的災(zāi)難。

在2022年4月24日中國(guó)航天日當(dāng)天，國(guó)家航天局副局長(zhǎng)吳艷華對(duì)媒體表示，中國(guó)將著手組建近地小行星防御系統(tǒng)，爭(zhēng)取在“十四五”末期或者2025年、2026年，對(duì)某一顆有威脅的小行星，既進(jìn)行抵近觀測(cè)，又實(shí)施就近撞擊，就改變其軌道進(jìn)行技術(shù)實(shí)驗(yàn)，為未來人類真正應(yīng)對(duì)小行星地外天體對(duì)地球家園的威脅作出中國(guó)貢獻(xiàn)。

中國(guó)現(xiàn)如今有精準(zhǔn)的觀測(cè)系統(tǒng)，也已經(jīng)與世界各國(guó)進(jìn)行合作、共享信息，同時(shí)火箭技術(shù)和飛船技術(shù)也走在了世界前列，有能力也有手段進(jìn)行前文所說的那些小行星防御手段。

與此同時(shí)，我國(guó)的小行星防御系統(tǒng)還能對(duì)近地軌道上的太空垃圾碎片起到一定的跟蹤作用，確保在其威脅航天器、衛(wèi)星和空間站時(shí)，提前出手，保護(hù)設(shè)備和航天員的安全。

有了中國(guó)的小行星防御系統(tǒng)，相信地球會(huì)得到更多的和平和安寧。

中國(guó)的火箭技術(shù)和飛船技術(shù)已經(jīng)走在了世界前列