保卫地球：近地小行星及其防御
人民网2022-04-25 08:17
编者按：近日，国家航天局副局长吴艳华表示，我国将着手组建近地小行星防御系统，组织编制近地小行星防御发展规划，开发近地小天体防御仿真推演软件并组织开展基本流程推演。争取在“十四五”末期或者2025年、2026年实施一次对某一颗有威胁的小行星，既进行抵近观测，又实施就近撞击，就改变它轨道进行技术实验，为未来人类真正应对小行星地外天体对地球家园的威胁，作出中国贡献。什么是小行星？小行星对地球有哪些威胁？有哪些方法可以防止小行星撞击地球？这篇文章为您释惑。
当地时间2021年11月24日凌晨，美国执行了“双小行星重定向测试”(DART)任务。DART飞行器将撞击一颗小行星，该小行星直径约为163米，围绕另一颗直径约为780米的小行星转动。这将成为全球首个在太空中执行撞击小行星并验证主动行星防御技术的任务。任务将于2022年10月左右完成，届时小行星距离地球约为1000万千米。
小行星的定义
在太阳系中，除了已知的八大行星、矮行星及其卫星外，还存在着大量的小天体。在这其中围绕着太阳运行，但体积和质量比行星、矮行星小得多的天体都被称为小行星。小行星大小不一，数量众多。其直径小的只有几米，大的可达几百千米。目前，人类已发现的小行星超过100万颗，绝大部分位于火星和木星之间，还有一部分轨道接近地球，称为近地小行星，截至目前已发现2.7万多颗。
地球与小行星轨道出现交点或相距很近时，就可能发生小行星撞击地球的大事件。通常，把直径大于140米、和地球轨道交会距离小于0.05天文单位(约为750万千米)的小行星称为潜在威胁小行星。目前，满足这类条件的、对地球有威胁的小行星已发现2000多颗。随着观测研究的深入，这个数字还会不断增长。
小行星的威胁
小行星撞击会对地球产生多种多样的影响。除了直接撞击地面引起的破坏外，还包括由此引发的地震、海啸、大气环境改变、森林大火等，其严重程度和小行星的大小直接相关。
直径较小的小行星，在其到达地球表面前，可能因和大气层的剧烈摩擦和燃烧殆尽。一个足球场大小的小行星(直径约为上百米)就足以对地球上的局部区域造成灾难性的后果。而一个城镇般大小的小行星(直径为几千米)将引起全球性灾难，导致大规模的物种灭绝。恐龙的灭绝据推测就是由6500万年前一颗直径为10千米的小行星的毁灭撞击造成的。
小行星的威胁看似危言耸听，实际上距离人类也并不遥远。地球上发现的大大小小的的陨石坑都在提醒着人们，来自天外星体的撞击是切实存在的、不容忽视的。1994年，苏梅克-列维九号彗星的碎片接连撞向木星，是当代人类首次近距离地观察到如此壮观的天体撞击现象。据推算，撞击扬起的飘升物有2000千米多高，大气层被加热至三万摄氏度，数倍于太阳表面的温度，而撞击在木星上产生的斑痕甚至比整个地球还要大。2019年7月，一颗名为“2019 OK”的小行星与地球擦肩而过，与地球最近时的距离仅有7万多千米，不到地月距离的五分之一。该小行星直径在57~130米之间，着实让人们虚惊一场。
可能的防御方式
随着科学技术的发展和对小行星认识的深入，世界各国和航天组织也在不断寻求防止小行星撞击地球的方法，纷纷开展了针对小行星防御的研究。总体来说，主要的防御方式可以分为两大类：持久战与速决战。
持久战中，可以向小行星发射飞行器，给小行星安装火箭发动机等系统，通过火箭发动机改变小行星的受力，通过长时间的积累逐渐影响小行星的运行轨道，使其偏离与地球的撞击路线。持久战的最大前提是尽早尽远发现潜在威胁小行星，识别并预测其运动轨迹，以便留出足够的反应时间。然而，由于小行星本身并不主动发光发热，相对于其他天体的体积又很小，对其实现远距离预警探测并不是一件很容易的事。例如，在“2019 OK”小行星来到地球附近的前一天，人类才观测到了它。
速决战应对上述突发情况就显得非常必要。从地球或飞船上向来袭小行星发射飞行器，飞行器携带核弹头或者采用直接碰撞的方式对其进行拦截和摧毁。速决战最为直接，但同样存在很高的技术难度和不确定性。首先，在浩瀚太空中对一颗小行星进行精准拦截，就好比用针尖去迎击飞来的麦芒，对飞行器精度和实时性要求非常苛刻。小行星每秒可飞行几十千米，如此高的速度已经远远超出地球现有飞行器的应对能力。稍有偏差，飞行器就会与小行星失之交臂，错过宝贵的拦截机会。此外，核弹虽然是地球上最强的毁伤武器，但在太空中对小行星的威力会大打折扣。核弹的主要杀伤方式为冲击波、光热辐射、核辐射，冲击波需要依靠介质才能生效，在太空中失去了空气作为介质后很难实现真正的破坏效果。而光热辐射、核辐射对小行星也不会造成什么物理摧毁。人类至今未在外太空对小行星使用核弹开展过试验，因此核弹对小行星的实际毁伤效果存疑。
保卫蓝色星球
《列子·天瑞》中有个小故事说，“杞国有人忧天地崩坠，身亡所寄，废寝食者。”小行星撞击地球并非杞人忧天，小行星防御充满挑战。在未来的100年内，小行星撞击地球的风险微乎其微，人类还有足够的时间逐步提高应对能力。现阶段的首要工作仍是对潜在威胁小行星尽早发现并识别风险。此外，小行星的交会对接、精确探测与制导、有效毁伤方式等都是值得研究的课题。
小行星防御问题最终需要依靠各国的持续研究和通力合作。期待小行星防御中的中国智慧与中国方案。(作者系北京电子工程总体研究所高级工程师)
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