李明子

中國(guó)將著手組建近地小行星防御系統(tǒng)，共同應(yīng)對(duì)近地小行星撞擊的威脅。

僅2021年，近地小行星飛掠事件就發(fā)生了1074次，科學(xué)家觀測(cè)到有21顆小行星進(jìn)入大氣層。小行星飛行速度快，撞擊能量大，給人類造成了極大威脅。

今年4月24日中國(guó)航天日當(dāng)天，國(guó)家航天局副局長(zhǎng)吳艷華在媒體上表示，中國(guó)將著手組建近地小行星防御系統(tǒng)，共同應(yīng)對(duì)近地小行星撞擊的威脅。

“殺手”小行星

2029年4月13日，這個(gè)平凡的周五晚上不出意外的話，一顆曾被視為“最具潛在危險(xiǎn)的小行星”阿波菲斯將從北京上空自東南向西南劃過。如果沒有烏云遮擋，肉眼便能看到，當(dāng)阿波菲斯再度回歸地平線時(shí)，其亮度將達(dá)到最高。

這顆直徑約為325米的小行星正以每秒30多千米的速度繞著太陽公轉(zhuǎn)，它的軌道半長(zhǎng)軸小于1個(gè)天文單位（AU），即小于地球到太陽的平均距離。每當(dāng)這顆小行星接近和離開太陽時(shí)，其軌道都會(huì)與地球軌道相交。一旦發(fā)生撞擊，將釋放出相當(dāng)于15.3億噸TNT炸藥爆炸時(shí)的能量，威力相當(dāng)于“小男孩”原子彈爆炸時(shí)的十萬倍。

2004年6月19日，夏威夷大學(xué)在美國(guó)亞利桑那州基特峰國(guó)立天文臺(tái)的研究人員發(fā)現(xiàn)了這顆小行星，該研究由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）贊助。隨后半年，科學(xué)家對(duì)這顆小行星進(jìn)行了近200次觀測(cè)。經(jīng)計(jì)算，這顆小行星有1/450的可能性將于2029年撞擊地球，它也因此得名“阿波菲斯”（古埃及黑暗、混亂和破壞之神），中文名為——?dú)裥恰?/p>

后經(jīng)反復(fù)計(jì)算，NASA在2004年12月28日宣布，排除這顆小行星與地球相撞的可能。不過，阿波菲斯飛越地球時(shí)，離地表最近距離僅有3.84萬千米，不到地月平均距離的1/10。

小行星，指的是沿橢圓軌道圍繞太陽公轉(zhuǎn)的自然形成的固態(tài)小天體。天文學(xué)家認(rèn)為，它們由太陽系形成過程中沒有形成行星的殘留物質(zhì)演變而來，有人干脆稱小行星為“太陽系碎片”。

如果將太陽系八大行星的公轉(zhuǎn)軌道畫成同心圓，絕大多數(shù)小行星分布在火星和木星軌道之間，這個(gè)區(qū)域也被稱為主小行星帶。目前有98.5%的小行星在主帶被發(fā)現(xiàn)，其中已被編號(hào)的就有120437顆。

而對(duì)地球有撞擊威脅的主要是近地小行星，即公轉(zhuǎn)軌道與地球軌道相交或距離非常近的小行星。當(dāng)小行星與地球的最小軌道交會(huì)距離小于等于0.05AU，絕對(duì)星等小于等于22時(shí)，便被視為“對(duì)地球有潛在危險(xiǎn)的小行星（PHAs）”。

這些小行星在受到引力擾動(dòng)或相互撞擊時(shí)，大概率會(huì)偏離原有軌道，當(dāng)其接近地球軌道時(shí)，很可能與地球發(fā)生碰撞，地球表面的隕石坑便是有力證明。大約6550萬年前，包括恐龍?jiān)趦?nèi)的絕大部分地球動(dòng)植物滅絕，其中一種原因猜想便是“隕石碰撞說”。

“時(shí)至今日，小行星撞擊地球的危險(xiǎn)仍然存在。” 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授焦維新介紹，根據(jù)理論分析，直徑在100米左右的小行星，目前觀測(cè)到的數(shù)量只占總量20%～30%，尺寸更小的小行星，觀測(cè)到的數(shù)量占比更低，也就是說，還有海量小天體尚未被發(fā)現(xiàn)，其中一部分很可能在被發(fā)現(xiàn)前就已經(jīng)撞向地球。

事實(shí)也是如此，絕大多數(shù)小行星撞擊事件都是在發(fā)生后才被人類所察覺。1908年6月30日上午7時(shí)許，一顆直徑60～190米的小行星在距離地面6～10千米高的上空爆炸。爆炸發(fā)生在俄羅斯通古斯河附近，威力當(dāng)于2000萬噸TNT炸藥。2000年1月18日凌晨，一顆流星體在加拿大育空地區(qū)首府白馬市上空26千米處爆炸，形成巨大火球，夜空被照亮如晝。

小行星2008 TC3是人類歷史上首顆被“預(yù)警”的撞地小行星，整個(gè)“撞擊”過程被地面設(shè)備追蹤長(zhǎng)達(dá)20小時(shí)。2008年10月7日，2008 TC3由蘇丹北部上空進(jìn)入大氣層并發(fā)生燃燒，無數(shù)隕石碎片散落在廣闊的努比亞沙漠中。

如何防御

人類對(duì)小行星的探究早就不限于觀測(cè)。早在1996年1月，美國(guó)就成功發(fā)射了“近地小行星約會(huì)”探測(cè)器，經(jīng)過4年的飛行，成功進(jìn)入“愛神”小行星的軌道進(jìn)行繞飛，測(cè)量小行星的密度、化學(xué)成分和磁場(chǎng)，并傳回16萬張照片與大量珍貴材料。

小行星圖塔蒂斯自1989年再次被發(fā)現(xiàn)起，便被劃進(jìn)了“對(duì)地球有潛在危險(xiǎn)”的范疇。目前，對(duì)圖塔蒂斯拍攝最清楚的圖像來自“嫦娥二號(hào)”月球探測(cè)器。在距離地球約700萬千米的深空，“嫦娥二號(hào)”成功飛越圖塔蒂斯，最近距離僅為3.2千米，飛越拍攝歷時(shí)25分鐘，獲得了清晰圖像。這是中國(guó)第一次對(duì)小行星進(jìn)行探測(cè)，成為繼美國(guó)、歐洲空間局和日本之后，第4個(gè)對(duì)小行星實(shí)施探測(cè)的國(guó)家或組織。

通過觀察、探測(cè)等活動(dòng)獲得小行星的軌道和物理屬性等數(shù)據(jù)后，才能有針對(duì)性地實(shí)施“防御”措施。2021年11月，美國(guó)的“雙小行星重定向測(cè)試（DART）”航天器搭乘SpaceX公司獵鷹9號(hào)火箭發(fā)射升空，這是NASA開展的首次行星防御技術(shù)測(cè)試任務(wù)，旨在通過動(dòng)能撞擊改變小行星軌道。

據(jù)焦維新介紹，動(dòng)力撞擊偏轉(zhuǎn)軌道的方法是人類目前已經(jīng)掌握的技術(shù)，當(dāng)前需要解決的問題是“深入掌握撞擊對(duì)小行星軌道的效應(yīng)”，對(duì)撞擊器大小、速度、撞擊方向以及如何選擇撞擊位置進(jìn)行深入研究。此外，其他概念上的防御手段還包括給小行星安裝火箭、安裝太陽帆、伴飛飛船引力牽引、在小行星附近實(shí)施核彈爆炸等。

2020年，中科院復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員李明濤和他的同事們發(fā)文介紹了“以石擊石”的防御概念。即在太空中捕獲百噸級(jí)重量的巖石，然后操控巖石變軌，撞擊對(duì)地球有威脅的小行星，最終將危地小行星偏轉(zhuǎn)出撞擊地球的軌道。

相比經(jīng)典的動(dòng)能撞擊方法，“以石擊石”方案對(duì)危地小行星的偏轉(zhuǎn)距離可提升約一個(gè)數(shù)量級(jí)，為人類在短時(shí)間尺度應(yīng)對(duì)百米級(jí)直徑的潛在威脅小行星提供了新的思路。

一位研究學(xué)者介紹，近地小行星防御系統(tǒng)實(shí)際上是空間防御系統(tǒng)，建成后對(duì)各方面空間活動(dòng)都將有所兼顧，不論是科研探究，還是其他目的的太空活動(dòng)。

“我們爭(zhēng)取在‘十四五末期或者2025年、2026年實(shí)施一次對(duì)某一顆有威脅的小行星（的軌道改變技術(shù)實(shí)驗(yàn)）?！眹?guó)家航天局副局長(zhǎng)吳艷華今年4月接受媒體采訪時(shí)表示，既進(jìn)行抵近觀測(cè)，又實(shí)施就近撞擊，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，真正做出中國(guó)貢獻(xiàn)。

摘編自《中國(guó)新聞周刊》2022年5月刊