对于小行星,普通大众往往会赋予其浪漫的色彩,而科学家却将其视为或将袭击地球的人类杀手。
“小行星眼里没有国界,它的撞击是无差别的。”正在上映的IMAX太空题材原创电影《小行星猎人》,呈现了科学家们寻找、监控,并探索如何应对小行星威胁的过程。
事实上,我们处于被小行星包围的危险之中。截至2024年1月15日,人类已经发现了34082颗近地小行星,其中直径在1公里以上的有860颗。
受访专家指出,从天体运行规律来看,小行星撞击地球事件是必然发生的,未来也一定会发生。人类如果想在地球上更加长远地生存发展,就必须考虑小行星撞击问题。
地球。
小行星威胁:
悬在人类头顶的 “达摩克利斯之剑”
如果把太阳系的形成,比喻为建造一座高楼大厦,太阳和八大行星就是主体结构。在大厦完工后,太阳系“工地”上还残存着一些建筑材料,它们就是小行星和彗星,人们将其统称为小天体。
这是李明涛的科普新著《调皮的小行星》所作的比喻。李明涛是中国科学院大学空间科学系统工程教研室主任,长期从事小行星防御与利用的航天器轨道优化设计,他幽默自称为“地球守门员”。
据科学家考证,地球历史上发生了22次不同规模的物种灭绝,其中10次以上与小行星撞击相关。约6500万年前,包括恐龙在内的绝大部分地球动植物灭绝,其中一种原因猜想便是“希克苏鲁伯陨石碰撞说”。
太空中的小行星。
如《小行星猎人》制片人、编剧菲尔·格罗夫斯所说:“撞击产生冲击波,大地在颤抖,超级刺眼的强光,能把撞击点方圆几英里燃烧殆尽……小行星撞击地球所产生的能量,绝对是你无法想象的!”
101955、29075、137108、89830……这是《小行星猎人》中呈现的有着撞击地球高度危机的小行星编号。影片用特效制作出其“莅临”地球时的场景,它们在长城、自由女神像等人类熟知的名胜附近悬浮着。
以101955“贝努”(Bennu)为例,其直径约500米,据美国国家航空航天局(NASA)预测,2182年9月24日,“贝努”有约0.04%几率撞击地球。
NASA的OSIRIS-REx探测器拍摄的小行星“贝努”。OSIRIS-REx探测器在2020年成功降落到贝努表面采集样品,并于2023年返回地球。网络
“大部分人都认为小行星撞击是不太可能发生的,甚至认为即使发生,也是几百年、几千年甚至几万年以后的事情,但其实小行星撞击事件可能就在我们身边。”李明涛把小行星称为悬在人类头顶的“达摩克利斯之剑”。
根据NASA喷气推进实验室统计,截至2024年1月15日,已发现860个直径大于1000米的近地天体,如果把标准放宽到直径140米,则有10757个——这一尺寸的小行星足以对地球造成危险。
“2017年以来,每年都有至少一颗米级尺寸小行星进入中国上空,所幸尺寸较小,没有引发任何灾难。”李明涛提到,通常来说,米级小行星可能每个月都会撞击地球,绝大部分都在大气层中烧蚀殆尽,不会对人类造成威胁。
几十米级的近地小行星中,绝大部分会在大气层中解体爆炸,产生的冲击波可能会导致地面建筑受损和人员受伤;直径百米级近地小行星可能会撞击地表,形成地震或者海啸效应。
李明涛表示,直径1000米的小行星平均大约70万年撞击地球一次,也就是说,在200年时间尺度内,我们遭遇直径1000米小行星撞击地球的概率约为万分之三——这与人遭遇车祸的概率相当。
星空中或许就藏着“人类杀手”。
如果一颗希克苏鲁伯陨石坑级别的小行星撞击地球,会发生什么?
李明涛所想象的场景包括:瞬间产生强大的冲击波,形成超过11级的地震效应;可能会形成超强海啸,甚至会引发火山爆发;全球大部分森林被点燃,大部分阳光被遮挡,植物大量枯萎,食草动物、食肉动物大量死亡,地球陷入一片寒冷、黑暗、荒凉之中。
更可怕的是,这个过程要持续几十年甚至更长时间,大部分物种会在这个漫长的过程中彻底消失。“遗憾的是,目前人类的科技水平还无法应对希克苏鲁伯级别的小行星,除非我们能够提前几十年甚至几百年发现它。”李明涛对南方+记者说。
从地面到太空:
对 “危险分子”查户口、建档案
防御小行星,分几步?空间碎片与近地小行星防御领域专家组首席专家龚自正给出的答案是三步:第一步,发现它、探测它、识别它;第二步,评估它、研判它;第三步,阻止它。
“对于小行星来说,地球上只有一种人。小行星的撞击是无差别的。”菲尔·格罗夫斯呼吁,小行星撞击是人类的共同威胁,只能全人类一起面对。
绝大多数小行星撞击事件,都是在发生后才被人类所察觉。
《小行星猎人》展示了2013年在俄罗斯车里雅宾斯克地区发生的一起小行星撞击事件:一颗直径大约六层楼高的小行星导致接近1500人受伤、3000栋房屋受损,损失接近2亿人民币。在它爆炸之前,人类观测机构并未发现它。
2013年在俄罗斯车里雅宾斯克地区发生的一起小行星撞击事件。
小行星2008 TC3则是人类历史上首颗被“预警”的撞地小行星。2008年10月7日,2008 TC3由苏丹北部上空进入大气层并发生燃烧,无数陨石碎片散落在广阔的努比亚沙漠中。
2009年2月在苏丹努比亚沙漠发现的小行星2008 TC3的陨石。网络
中国航天科普大使、中国科学院国家空间科学中心研究员周炳红的观点是:“与地震和洪水不同,我们可以提前发现接近地球的大型小行星。利用现代的天文技术,科学家能够追踪这些小行星的轨道并预测它们是否会撞击地球。”
李明涛认为,以查户口、建档案的方式锁定这些太空中的“危险分子”,是行星防御领域的当务之急。
周炳红对南方+记者说,不过,许多近地小行星体积较小,反射的阳光较弱,难以被地面或太空望远镜探测到。它们的轨道可能非常椭圆,有时非常接近太阳,使得从地球上观察时,它们隐藏在太阳光的炫光中——这都给小行星的监测带来不小的难度。
目前人类探测和监视小行星的工作,主要是依靠地面大型光学望远镜而开展的。《小行星猎人》中的“广角红外测量探测器”,就在搜寻那些人类未知的小行星和彗星。
而早在1998年,NASA就专门成立了“近地天体项目办公室”,后来 NASA也加入到近地小行星探测和预警的行动中来,对可能存在威胁的“危险分子”进行编目和风险评估。
“已经编目的近地小行星,超过98%由美国望远镜发现。”李明涛介绍。
目前我国地基专用于小行星监测预警的望远镜少、口径小、观测能力有限,尽管发现了一批近地小行星,获取了大量小行星命名权,但总体上中国在近地小行星监测预警领域的能力和贡献,还与我国的国际地位不相称。“我国急需建设专用于近地小行星巡天的大口径光学望远镜。”李明涛说。
“在小天体探测和发现方面,紫金山天文台是其中的一个重要贡献者。”周炳红说,该天文台拥有一台口径60厘米的反射式望远镜,曾在历史上发现了多颗新的小行星和彗星,这些都获得了国际永久编号和命名权。这使得中国在这一领域处于国际上的第一梯队。
科学家们在寻找、监控小行星。
中国还有其他的观测站和设施在小天体的发现上做出了贡献。2023年11月,墨子巡天望远镜发现了两颗近地小行星——2023 WX1和2023 WB2,这是该望远镜发现的首批近地小行星。
不过,地基观测手段也有一定的弊端,比如只能够探测到夜空方向来袭的小行星。车里雅宾斯克事件的小行星就发生在白天,从太阳方向悄悄溜来,躲过了地球上所有望远镜的监视。
可见,人类有必要摆脱地面环境的桎梏,直接在太空中布设自己的耳目。
李明涛认为,天基望远镜也可能是中国在小行星监测预警领域的突破口,我国相关单位也开展了初步论证,但尚未形成具有共识的方案,需要加快论证建设进度。
地球保卫战:
西方“动能撞击”vs东方“以石击石”
科学家们同样在思考:如果在小行星撞击之前,就对其运行施加影响,是不是更好的选择?
当下,在太空对近地小行星实施主动防御已成为重大课题。目前学界主要有三种设想,分别是利用长期作用力来改变小行星轨道、利用动能撞击、利用核爆炸三种。
电影《独行月球》中采取的办法,便是用多枚大型核弹“月球之锤”直接摧毁陨星,并将发射基地选在了月球上。李明涛将这类防御手段总结为“势大力沉、简单粗暴”,其可能存在核辐射等安全性问题,导致小行星出现非预期的破碎等风险。
“核弹撞击的结果是不可控的。”《独行月球》科学顾问、中国科学院国家天文台星云计划研究员李然同样对南方+记者说,核弹将小行星轰炸后,很难去定向控制碎块的运动轨迹,电影中,地球再度面临其碎块撞击的威胁就是明证。
周炳红分析,引力牵引方法则较为温和,但需要长时间作用才能显著改变轨道。“目前认为最有可能的方案是通过航天器撞击偏转改变小行星轨道(即动能撞击),而不是直接摧毁它。”
2022年9月27日,NASA执行了人类历史上第一次小行星防御演习,使用一颗名为“DART”的卫星,在1100万公里外撞击了一颗直径160米的小行星,并改变了其相对主星的轨道。该任务在轨验证了动能撞击防御小行星的关键技术,也初步揭示了动能撞击偏转小行星轨道的动量传递规律。
科学家在展示陨石。
如果将“动能撞击”比作西方的拳击,那李明涛、周炳红等科学家2020年提出的“以石击石”,则代表中国功夫的哲学理念。
后者属于增强型动能撞击器(EKI)的概念,该概念通过操纵空间岩石来偏转大型潜在危险小行星。周炳红表示,该方案意味着撞击体的质量可以从几吨增加到上百吨,撞击偏转效果得到数量级的提升。
李明涛透露,“以石击石”为代表的新概念灵巧轨道偏转防御方法,目前已获得了相关项目的初步支持,正在进行深入论证分析。
随着近年来我国航天科技不断取得突破性进展,尤其是载人航天任务和探月工程,为实施小行星防御任务提供了坚实的技术基础和经验。
中国深空探测实验室系统研究院院长陈琦介绍,我国已提出了近地小行星防御的发展蓝图,并计划在2030年实现一次对小行星的动能撞击。
“这意味着中国近地小行星防御系统已经进入实操阶段。”李明涛相信,未来,中国一定可以在行星防御领域有所作为,为构建人类命运共同体、保卫地球生命安全贡献中国智慧、中国方案和中国力量。
南方+记者 刘长欣 王诗堃
图片来源:《小行星猎人》片方(除标注外)
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