今年10月,第一届全国行星防御大会在桂林召开。

行星防御大会,很多人看到这个霸气的名字第一反应都是一脸懵,恍惚间像是误入了三体世界。地球莫不是收到了三体的威胁?水滴也正在赶来的路上?但瞅着这接地气的大会照片,怎么看也不像那么回事。

放心,地球暂时还没有受到什么实打实的外太空威胁。但这并不意味着地球永远处于安全的状态,行星防御这个话题虽然听起来很魔幻,其实与我们的生活息息相关。我们所面临的最大的来自外太空的威胁,就是——近地小行星的撞击。

探讨近地小行星撞击风险以及应对方案,就是本次大会的主题。

近地小行星对于地球的威胁

看似遥远却又很近

大约46亿年前,太阳系在早期形成时碰撞留下了许多岩石残骸,这些古老的太空瓦砾就是小行星。目前,人类已知的小行星数量超过了万颗。最大的小行星直径可去到公里,比如说灶神星,最小的直径也不过几米。

这些小行星大部分存在于火星和木星之间的主小行星带内。据估计,主小行星带包含了万颗直径大于1公里的小行星,以及数百万颗更小的行星。根据小行星的轨道分布(近日点距离、远日点距离、长半轴),可以分为四大族:Amor、Apollo、Aten、Atira。

图/NASAJPL太阳、地球、近地小行星族群的轨道分布示意图

木星巨大的引力会改变小行星原有的轨道,再加上其他天体的引力、太阳风、太阳辐射等复杂的太空环境的影响,小行星可能会离开主小行星带,飞向漫漫太空,变成“流浪小行星”。

一些“流浪小行星”的路径会与地球轨道相交,一般来说,距离地球轨道万公里以内的小行星被称为近地小行星(NEAs)。

再近一点,距离地球万公里(0.05个天文单位)、直径大于米的小行星,则被认为是会对地球造成重大损害的潜在危险小行星(PHA)。

图/已知的潜在危险小行星(PHA)的轨道年NASA数据

截至今年,经望远镜发现的近地小行星有近颗,这个数据以每年颗的速度还在不断增长。光是今年观测到的近地小行星的飞掠事件就已经发生了次,有21颗小行星甚至还飞进了大气层。

小行星如果撞击地球

会发生什么?

高速飞行的小行星进入大气层后,会在超高速气动力和气动热相互作用下发生爆炸解体,也就是我们常说的“火流星”。小行星解体后的碎片撞击到地球表面,撞击产生的冲击波和动能对于地球的破坏力极大。

图/加拿大魁北克省的Manicouagan撞击坑

如果撞击到地球表面,会造成严重的人员伤亡和财物损失,就算是落到无人区,除了会损坏地表形成陨石坑之外,撞击产生的冲击波、热辐射和光辐射还可能引发森林大火。撞击产生的各种物质会弥漫充斥整个大气层,遮住阳光,引发冰室效应或者温室效应。

如果撞击到海洋,冲击波会引发海啸。据记录,曾经就有一颗名为“Eltain”直径4千米的小行星,撞击到南太平洋底部,在距其~千米远的海域引起高度达到~米的海啸。

图/小行星撞击事件分类

根据研究推测,地球历史上发生了22次不同程度的生物灭绝,有11次都与小行星撞击有关。比如说关于恐龙的灭绝,科学界普遍认为是由一颗直径约10公里的小行星撞击导致的。

还有年2月发生的俄罗斯陨石坠落事件,一颗直径约18米,质量接近一万吨的小行星在俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸,爆炸产生的能量约为50万吨TNT,相当于30颗广岛原子弹。这次事件导致约多人受伤。

图/车里雅宾斯克事件

面对小行星的袭击

人类能做什么?

面对威力如此之大的“天外来物”,人类能做些什么来应对呢?科学家们想到了这么几招。

第一招:知己知彼,百战不殆

为了避免“人在家里坐,星从天上来”的手忙脚乱,探测和预警工作是重中之重。可以使用光学、雷达等地基望远镜,结合天基望远镜对有异样的小行星进行跟踪观测,评估是否对人类构成威胁。

图/我国主要观测站及设备

对于有撞击地球威胁的近地小行星进行位置、轨道运动和特征的连续观测,确定更精确的可能撞击位置和影响,以便做出下一步的应对。这就是国际小行星预警网络正在做的工作。

为了提高对于小行星撞击的应对能力,NASA每隔两年都会进行一次“小行星撞击演习”,模拟撞击情景并且讨论减灾的最佳行动方案。在年的第六届行星防御模拟演习中,地球派出动能撞击器击中了小行星,小行星分裂出的碎块击中了纽约,将周围十几公里夷为平地。

第二招:硬核摧毁

这一招简单来说就是拦截摧毁小行星,比如说用核爆的方式。曾经科学家做过一个计算,使用10万吨级的核弹头,就能炸碎上百米直径的小行星。只不过核爆可能会造成核污染,爆炸产生的碎片也可能引发其他安全问题,有弄巧成拙的风险。

第三招:撞击劝退

这一招也叫做动能撞击重定向技术,通过动能撞击影响和改变小行星的运行方向和轨道。

11月24日,NASA进行了一个“双小行星重定向测试”。他们发射了一个航天器DART,DART的目的地一个名叫Dimorphos的小卫星,它围绕着Didymos行星旋转。

经过一年的飞行,DART预计会在年9月撞击Dimorphos,科学家预测在成功撞击后,Dimorphos的运行轨道会相应发生变化。

图/NASA双小行星重定向测试DART

第四招:热量推进

当小行星旋转时,太阳热辐射会加热一侧,在旋转到阴面冷却的时候,红外能量被释放出来,在小行星上产生微小但持续的推力,这叫做雅尔科夫斯基效应。

利用这个效应,人们设想,如果将小行星一侧涂黑,通过热能有可能让小行星发生路径偏移。

第五招:重力牵引

发射一个巨大的航天器飞近小行星,通过航天器的引力改变小行星的运行轨道。

除了这五招之外,人们还设想在地球轨道上部署太阳能-高能激光阵列,用激光“消灭”小行星,或者跟流浪地球一样,借助助推器推动小行星移动。

总结下来,人们对付小行星的方法很多,有些脑洞很大,但是实际操作可能性很小。目前来看,动能撞击重定向技术是最成熟的一种。

我们常在新闻中看到某个小行星或彗星等近地天体和地球擦肩而过,很少有听说过撞击且产生了毁灭性影响的,这就总让人误以为近地天体撞击地球是一个不大可能的事情。

事实上,保卫地球的工作,一直在进行。

End

参考文献:

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