小行星防御指南

呂默默

也許你聽過一個很炫酷的名詞——小行星防御系統(tǒng)，也能大概理解這個詞的含義：為了防止小行星撞擊地球做的一個防御系統(tǒng)。你可能還知道，有些小行星沖進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，而且據(jù)統(tǒng)計，全世界并沒有一個人被小行星砸死。但為什么天文學家一聽到小行星即將與地球擦身而過時，就會如臨大敵呢？

2022年4月24日，國家航天局副局長吳艷華首次向外界披露：我國將著手組建近地小行星防御系統(tǒng)，以應對近地小行星撞擊的威脅，為保護地球和人類安全貢獻中國力量。我國這一全新的航天項目，立刻引起了學界和航天愛好者的廣泛關注。

6500多萬年前的小行星災難

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

6500多萬年前的某一天，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，瞄了瞄無時無刻不在散發(fā)著強烈光芒的火球，低下頭想再次躲進陰涼，等到傍晚再出來覓食。當它還未來得及把整個身體都塞進陰涼時，似乎是天上巨大的火球分裂出來幾個小火球，飛速向西邊的海灣墜落。海灣瞬間被點亮了，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，遠處山丘上的樹木被突如其來的颶風吹倒，騰起的煙塵逐漸覆蓋了整個天空。

或許這只三角龍做夢都沒想到，這是它經(jīng)歷的最后一個溫暖的日子。它幸運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沖擊波，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希克蘇魯伯隕石坑。這個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，可能只會對當時的北美洲和南美洲造成一定影響，而不會導致整個恐龍時代的結(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)，導致全球在很長一段時間內(nèi)看不到太陽，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夢的時光機，無法回到6500萬年前的墨西哥灣親眼證實以上推測，但地質(zhì)學家已經(jīng)從數(shù)千萬年來地層中埋藏的證據(jù)得出了結(jié)論，恐龍時代的結(jié)束很可能就是這顆小行星撞擊地球造成的。

讓我們來思考這樣一個問題：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元氣大傷。如果全世界幾年內(nèi)連續(xù)陰雨，不見陽光，沒有持續(xù)的糧食產(chǎn)出，將會餓死很多人。

也許你還會說，這僅僅是一個小概率事件，畢竟6500多萬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，科學家們開始研究建造小行星防御系統(tǒng)。

為什么小行星這么危險

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多億年前太陽系形成之初說起。我們的太陽系誕生于46億年前的一大團原始星云，經(jīng)過億萬年的演化，最終形成了太陽系中心的太陽和八大行星。但是，偌大的原始星云可不會沒剩下半點兒邊角料。事實上，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系各個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。

太陽系形成之初，仍然處于相對混亂的階段，不斷有各類天體穿越行星軌道碰撞在一起，也會彈出更多的小碎片。有天文學家給這些小碎片起了一個非常形象的名字，把它們稱為太陽系形成之后的“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70萬～170萬之多。這些小行星被發(fā)現(xiàn)之初，科學家們也有很多爭論。比如，多大的“碎渣渣”才能被叫作小行星？國際上并沒有統(tǒng)一的定義，有的科學家認為直徑只要大于1米的“碎渣渣”就應該是小行星，也有科學家認為小行星的直徑至少應該大于10米，因為大于這個尺寸的小行星在進入地球大氣層時，才不會被強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。

這時候，你可能就會有更多的疑問了，不就是一塊直徑10米的石頭嗎？這也能造成巨大的災難？這要從小行星的運行速度說起。

一般小行星在太陽系內(nèi)的運行速度為45千米/秒，而地球圍繞太陽公轉(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，相對速度可以達到75千米/秒，也就是270000千米/時;即使小行星從后面撞上地球，相對速度也可達15千米/秒，也就是54000千米/時。以幾萬千米的時速撞擊地球，即使是直徑不到300米的小行星，釋放的能量也相當于廣島原子彈的1000倍。計算了這個撞擊能力，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代結(jié)束。

按照正常軌道計算，本來這些小行星都應該老老實實地繞著太陽進行公轉(zhuǎn)，安分守己地待在小行星帶。但有時候因為木星的引力擾動，或者小行星之間的碰撞，一些小行星總會沖出原有軌道，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，科學家們觀測到有21顆小行星進入大氣層。

早在2004年，科學家們就計算出一顆直徑325米的小行星將在2029年近距離掠過地球。之后的半年里，科學家們又進行了200次軌道計算和觀測，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，科學家們又經(jīng)過更為精確的計算得出，這家伙最終會在距離地球3.84萬千米軌道上掠過地球，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，如果你恰好在中國北方，晚上你抬起頭，將會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，將釋放出相當于15.3億噸TNT炸藥爆炸的能量，威力相當于廣島原子彈的10萬倍。

發(fā)現(xiàn)小行星的蹤跡更重要

從20世紀80年代起，科學家們已經(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、什么時候撞擊，我們才能采取行動。于是，在1983年，關于小行星、彗星和流星體的國際會議在科學家們的期盼下召開了。也是在這一年，觀測小行星的望遠鏡開始進行研發(fā)。到了第二年，科學家們架起了一臺有感光元件的望遠鏡，開始觀測小行星和彗星。望遠鏡收集的遙遠天體的光信號被轉(zhuǎn)化成電信號，直接輸入電腦進行分析。利用這種方法，觀測人員一晚上就可能發(fā)現(xiàn)600顆位于小行星帶的小行星。這是非常不錯的工具，要知道，在這套工具應用之前，科學家們一個月也就能發(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，由美國噴氣推進實驗室主推，開展了近地小行星追蹤計劃（簡稱“NEAT”）。這個計劃使用了位于夏威夷海勒卡拉火山的GEODSS望遠鏡，大大提高了觀測和追蹤小行星的效率。2001年4月開始，美國加州帕洛馬山天文臺1.2米口徑的塞繆爾·奧斯欽望遠鏡也加入了這項計劃。

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

早在2018年2月，中國已經(jīng)加入由聯(lián)合國批準成立的國際小行星預警網(wǎng)（IAWN）。這是一個由全球各地的科學家、天文臺和空間機構(gòu)組成的組織，會及時共享各國的小行星觀測信息，這樣會大大提高發(fā)現(xiàn)對地球有威脅的小行星的概率。中國科學院紫金山天文臺盱眙觀測站的近地天體望遠鏡是中國貢獻共享數(shù)據(jù)的主要設備，可觀測到直徑300米以上的近地小行星。

只有地面上的望遠鏡還不夠，當小行星從太陽一側(cè)直沖過來時，因為逆光，地面上的望遠鏡很可能發(fā)現(xiàn)不了它。所以，中國的研究者提出應該發(fā)射兩臺望遠鏡到地球軌道上，才能實現(xiàn)天地互補，最大限度地發(fā)現(xiàn)各個方向飛向地球的小行星。

發(fā)現(xiàn)危險小行星后如何處理

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，我們應該怎么做？

鑒于現(xiàn)代科技的發(fā)展，我們有多種對付小行星的方法。

◎核彈轟炸法

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

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，會面臨一個嚴峻的問題：炸彈把石塊炸碎了，會產(chǎn)生更多的碎塊，這些碎塊直接撞擊地面，也會造成不小的災難，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，并不實用。

◎撞擊法

科學家們發(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。這個方法不用大威力的炸彈，也不會讓小行星分崩離析到無法控制，實施起來也并不困難，唯一需要做的就是計算精確，盡早發(fā)現(xiàn)對地球有威脅的小行星即可。因為越早發(fā)現(xiàn)，也就越容易提前做準備，即使撞擊讓小行星偏轉(zhuǎn)的角度很小，也會因為距離足夠長而達到目的。

這個方法的缺點也很明顯，需要非常精確的計算。因為在太空中對一顆小行星進行精準撞擊，就像在地面上發(fā)射一根針去扎幾百萬千米之外的一根麥芒，這對飛行器精度和實時性的要求非常苛刻。人類現(xiàn)有的飛行器還很難做到這一點，稍有偏差，飛行器就會與小行星失之交臂，錯過寶貴的攔截機會。

◎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，安裝好推進器，然后離開小行星，給推進器點火，讓小行星在緩慢推進中發(fā)生軌道偏轉(zhuǎn)，最終偏離地球的軌道。這個方法是最保險、最有可能實現(xiàn)的，不過這也需要一個非常重要的前提，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時間。

不過，還是之前的問題，因為小行星壓根就不發(fā)光，體積又小，只是靠它們反射太陽光產(chǎn)生亮度，所以并不容易被發(fā)現(xiàn)。例如，在“2019OK”小行星來到地球附近的前一天，人類才觀測到了它。這顆小行星的直徑在100米左右，與地球的最近距離僅有7萬多千米，如果它撞上地球，也會帶來不小的災難。

在2022年4月24日中國航天日當天，國家航天局副局長吳艷華對媒體表示，中國將著手組建近地小行星防御系統(tǒng)，爭取在“十四五”

末期或者2025年、2026年，對某一顆有威脅的小行星，既進行抵近觀測，又實施就近撞擊，就改變其軌道進行技術實驗，為未來人類真正應對小行星地外天體對地球家園的威脅作出中國貢獻。

中國現(xiàn)如今有精準的觀測系統(tǒng)，也已經(jīng)與世界各國進行合作、共享信息，同時火箭技術和飛船技術也走在了世界前列，有能力也有手段進行前文所說的那些小行星防御手段。

與此同時，我國的小行星防御系統(tǒng)還能對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，提前出手，保護設備和航天員的安全。

有了中國的小行星防御系統(tǒng)，相信地球會得到更多的和平和安寧。