開啟地球保衛戰
——PSI行星科學研究所博士后研究員鄒小端談如何防御小行星

□ 鄒小端

開啟地球保衛戰
——PSI行星科學研究所博士后研究員鄒小端談如何防御小行星

□ 鄒小端

火流星和小行星有什么關系，小行星對地球會產生多大的威脅，我們如何對小行星監測和防御，本刊特邀PSI行星科學研究所博士后研究員鄒小端為大家解答這些問題。

▲ 漫畫作者 Dave Coverly，來自漫畫“Speed Bump（減速帶）”。文字內容：“我承認，這一發現確實像是印證了恐龍滅絕的小行星撞擊說。”

問：2017年10月4日中秋之夜，在我國云南，很多賞月的人共同目睹了伴隨巨大爆炸聲的火流星事件，那么什么是火流星，火流星又是怎么形成的？

答：火流星通常是米級直徑的來自小行星、彗星或星際空間的碎片闖入地球大氣被加熱融化發生爆炸產生的。我國云南看到的那顆火流星據報告稱爆炸高度為37公里，釋放的能量相當于540噸 TNT 炸藥，算是尺寸很小的，威脅也有限，通常沒有預警。

▲ 1988～2017年火流星發生概況（紅色大圓點為車里雅賓斯克事件）

問：那么什么樣的火流星會對地球產生較大的威脅，目前有什么監測辦法嗎？

答：對于火流星的監測，目前除了數個遍布全球的專業和業余天文觀測者架設的流星監測網之外，還有美國用于導彈預警的偵察衛星，以及國際全面禁止核試驗條約組織用來監控全球核試驗的次聲波監測網，都在發揮作用。下圖是來自NASA JPL（噴氣動力實驗室）網站的火流星全球記錄，它記錄1988年到現在的火流星全球分布和強度，圖中不難看出過去的不到30年間，地球不斷被各種大小的小行星沖擊的情況。

其中對地球威脅較大的主要是近地小行星和彗星。近地小行星是指離太陽的最近距離小于1.3天文單位的小行星。我們把近地小行星中那些直徑大于150米，運行軌道與地球平均軌道的最小距離小于0.05天文單位的稱為潛在危險小行星（The Potentially Hazardous Asteroids(PHAs)）。截至2017年11月5日，已發現小天體共計739476個，其中近地小行星17114顆，潛在危險小行星超過1800顆，這些數據每天都在更新，并且是完全公開的，可以在國際天文聯合會小天體中心的網站查詢。

[小知識]：國際天文聯合會（IAU）的小天體中心The Minor Planet Center(MPC)是唯一一個接收和發布所有小天體位置測量數據的站點。MPC負責所有這些小天體的識別認定和軌道計算，記錄每個天體目標的發現者，并向全世界發布小天體新發現。

網址是：www.minorplanetcenter.net

▲ 位于美國亞利桑那州的巴林杰撞擊坑，直徑1200米，深約170米，把埃及大金字塔和獅身人面像作為參考來體現這個撞擊坑的壯觀程度

問：如果一顆體積足夠大的小行星撞上地球，會發生什么？

答：其實地球每天都在受到大量來自地外空間物體的打擊，而我們遭受較大體積小天體沖撞的可能性也比大眾通常認為的要高。大約5萬年前一顆小行星撞擊在美國亞利桑那北部的沙漠里，留下來著名的巴林杰撞擊坑。1908年發生在俄羅斯西伯利亞上空的通古斯大爆炸事件威力相當于兩千萬噸TNT炸藥，造成超過2150平方公里內的8萬顆樹的焚毀。2013年2月，一顆直徑約17米的小天體墜入地球大氣，下降成一顆超級火球，在俄羅斯車里亞賓斯克州上空爆炸，這一隕石事件造成約上千人受傷，數千建筑物損毀。無數的火流星事件，以及地球表面保留下來的巨大隕石坑遺跡，都成為小行星對人類威脅的證據。真正對地球生物具有致命威脅的小天體，需要一套提前發現、跟蹤、預警，并協同全球力量采取對抗措施的系統來應對。

問：目前國際上有哪些主要的行星防御機構？

答：雖然歐空局和中國都已經開始加入到行星防御的陣營中，但是目前在全球扮演主要行星防御角色的還是NASA。NASA行星防御協調辦公室（Planetary Defence Coordination Office, PDCO），在NASA位于華盛頓特區的總部大樓。目前由林德利·約翰遜領導，該部門主要負責協調與行星防御相關的NASA各機構和政府其他部門活動，以及國際合作項目等，從而制定小行星撞擊的災難預案。該部門將協調全球的觀測和研究資源，發現所有對地球有劇烈撞擊威脅的自然天體，評估潛在的撞擊威脅，制定最小化小行星撞擊對人類影響的應對策略。

問：您能幫我們簡單介紹一下行星防御協調辦公室的主要工作嗎？

答：首先最重要的是發現尺寸大于30～50米的預報軌道在距離地球0.05AU范圍內的小天體，跟蹤并確認這些PHA的分類，發出潛在威脅的預警，提供及時的準確的關于潛在危險小行星的信息通訊，然后領導政府機構制定針對實際威脅的應對方案。PDCO主要依賴NASA近地小行星觀測計劃所支持的項目數據，同時協調自然科學基金支持的地基望遠鏡項目和美國空軍空情偵查設施的觀測結果。除了發現、跟蹤和鑒別潛在危險小行星，NASA行星防御的目標還包括開發偏轉或重定向指向地球的小行星軌道，在無法偏轉或重定向威脅目標的情況下，PDCO負責向聯邦應急管理機構提供專業的信息輸入，以便對目標天體采取應急的軍事行動。如果一個潛在危險小行星在未來的100年內有超過1%的可能性撞擊地球，PDCO會通過NASA局長向總統辦公室、國會和其他政府機構發送報告。

問：除了發現、跟蹤、鑒別和預警潛在危脅小行星外，行星防御協調辦公室還做了哪些工作來幫助我們共同防御小行星？

答：PDCO除了和美國政府機構合作，還與其他國家和國際機構，以及全世界專業天文學家和業余天文愛好者合作。例如針對潛在威脅的近地小行星，PDCO會負責促進科學界與公眾之間的溝通，調整公眾對小行星威脅的認識，只有大家對小天體撞擊事件有一個正確的認識，才能在威脅到來的時候，及時統籌應急方案，集合全球的力量配合指定策略，同時，也避免公眾產生不必要的恐慌。PDCO還與外層空間事務管理局合作，與其和平利用外層空間委員會和近地天體行動小組（又稱，第十四行動小組）通力合作，PDCO同時還是國際小行星預警網絡和空間飛行任務規劃咨詢組的領頭成員，這些都是聯合國支持的由全球具備空間應對能力的國家聯合組建的機構。PDCO還通過諸如NASA小天體評估組織（SBAG）等渠道與科學界進行交流。

問：目前發現小行星的能力到了什么程度？

答：目前超過140米直徑的小天體被認為是最危險的群體。這個尺寸分界線由NASA近地天體科學小組在2003年建立，理由是在此尺寸以下的天體只會造成區域效應，而較大的天體，300米可造成亞全球影響，而1公里可造成全球影響。由于目前技術手段的局限性，140米以上直徑的近地小天體，仍有74%尚未被發現。美國國會為NASA提出的要求是在2020年之前，發現90%以上的直徑超過140米的小行星，這將對空間防御起到至關重要的作用。當然，實際上為了達到最大程度的防御能力，我們需要探測到所有直徑超過30米的小行星，因為這些尺寸具有高度的破壞性，這就需要下一代空間望遠鏡的超強巡天能力了。

問：有任何已知的對地球構成威脅的小行星嗎？

答：根據目前的數據，在接下來100年內沒有撞擊可能性超過1%的小行星。已知最大影響風險的是小行星2009 FD，它將在2185年有714分之一的機會撞擊地球。但是，并不代表我們是絕對安全的，隨著觀測能力的提升和小行星數據庫的不斷更新，潛在危險小行星數據庫也會隨之更新。

問：我們如何防止小行星撞地球？

答：第一，提高觀測能力，全天候的巡天檢測，保障小天體不會漏網。

第二，提高預報軌道的精度，例如通過類似OSIRIS-REx這樣的空間探測任務去監測小行星的軌道細微變化，從而提高軌道模型的精度，從而盡早地精確地計算小行星是否會撞擊地球，并預報撞擊的位置和時間。

第三，研發空間防御小行星的技術，例如：

▲小行星的空間分布（綠色是近期不會接近地球的小行星，紅色是近地小行星）

▲ 根據預警時間和小行星直徑的策略選擇

災害防護和恢復措施，就像對待海嘯地震一樣，預警，保護，災后救援；

重力牽引技術，通過重力牽引改變小行星的軌道；

氣化小天體揮發物，減小其質量，并改變其軌道；

動能撞擊技術，通過撞擊使小行星減速從而改變其軌道（NASA的DART 任務正是在試驗這項技術）；

核武器打擊，包括遠程擊碎和小型表面核爆炸改變軌道；

推進器附著技術，著陸小行星，通過飛行棋施加的小推力，使其變軌。

問：可以直接從地面擊落小行星嗎？

答：在撞擊前數分鐘或者數小時擊落一顆小行星是不可行的，因為在平均每秒20公里的速度下，沒有任何現有武器能粉碎一個上百米直徑的小行星而避免對地面造成傷害。就目前來說，人類的處境既樂觀又不樂觀，樂觀的是，我們擁有了防御的意識并開始準備，而且由于地外空間真的非常大非常空，撞擊發生的概率相對于我們每個人來說微乎其微；不樂觀在于，大眾對于小行星的了解非常少，而國際上的行星防御機構目前實際掌握的小行星數據也不夠一半，我們的深空技術也處于發展的初級階段，如果真的遭遇突如其來的威脅，全球各國真的能聯合起來高效率的解決一個每秒飛行20公里的龐然大物嗎？

責任編輯：夏丹