如果發現一顆小行星直奔地球而來,我們能否偏轉它?

小行星撞擊地球一直是許多潛在世界末日情景的主題——直到現在,人類從未測試過應急計劃。

美國宇航局(NASA)不久前正式啟動雙小行星重定向測試(DART)任務,這是一次前所未有的嘗試,將一顆小行星稍微偏離軌道。高爾夫球車大小的航天器于11月23日搭乘SpaceX的獵鷹9號運載火箭升空,并將于明年9月抵達目標小行星系統。

對此,很多科學家希望能看到成功的跡象:一團塵埃云,以及第一次隨著人類的曲調跳舞的小行星。那它真的能讓小行星偏離軌道嗎?

我們是否面臨來自小行星的滅絕威脅?

我們都看過災難片,其中小行星撞擊地球,造成了一場類似于數百萬年前恐龍滅絕的滅絕事件。現在可能發生嗎?

其實地球經常受到直徑1-20米的小行星的撞擊。科學記錄顯示,自1988年以來,我們的星球已被1200多顆大于1米的小行星撞擊。不過它們還不足以完全摧毀地球或導致滅絕事件,因為大部分小行星星都會在大氣中分解并且通常是無害的。

這些小行星的大小與撞擊事件的頻率之間存在反比關系。這意味著我們被小物體擊中的頻率比大物體要高得多——這僅僅是因為太空中有更多的小物體。我們在小行星撞擊地球之前探測小行星的能力仍處于起步階段,部分原因是技術限制。在我們太陽系的黑暗空間中探測小行星取決于它們向我們反射光,取決于接近太陽和月球的方向。如果它們從我們看不到它們接近的角度向我們沖過來,那麼它們就會毫無預警地發動攻擊,并有可能造成巨大的破壞。

據天文學家計算,平均每50萬年,就有一個直徑為 1 公里的小行星撞擊地球。這種規模的撞擊最近記錄是20000年前在非洲毛里塔尼亞的泰諾摩爾隕石坑(Tenoumer)。而直徑約5公里的小行星,大約每 2000 萬年撞擊地球一次。

因此在談到小行星撞擊話題時,更多需要擔心的是幾十到百米左右的小行星。比如2013年2月15日在俄羅斯車里雅賓斯克市上空爆炸的小行星直徑據估計只有17米長、質量約7000噸——然而它的爆炸威力相當于47萬噸 TNT,釋放出震碎窗戶的沖擊波,造成1500人受傷。

近地天體撞擊風險評估

目前天文學家根據近日點與太陽距離小于1.3AU,可能撞擊地球的天體都稱為近地天體(NEO),共分三類:大型流星體,彗星與小行星。那麼這些大家伙撞擊地球的危險程度到底有多高呢?

這里可以用到杜林指數(Torino scale)-根據大小與撞擊機率來衡量近地天體的危險程度,分為11級,其中 0 表示碰撞的可能性很小,可以忽略不計;10 表示即將發生碰撞,撞擊的物體大到足以引發全球性災難。比如滅絕恐龍的小行星的杜林指數為10,巴林杰隕石坑和通古斯大爆炸,對應的指數為8。

目前讓NASA密切關注的「累積危險等級」最大的天體為「貝努(Bennu)」——直徑約500米,能夠在地球上創造一個5公里寬的隕石坑。不過科學家計算表明,這顆小行星有 99.943% 的幾率會錯過我們。

DART真的有用嗎?

NASA 的DART任務就是在2013年的撞擊事件后,對未來小行星撞擊的威脅和恐懼引發的:我們是時候考慮「行星防御」了。

如果明年有一顆直徑大于500米的小行星直奔地球而來,以當下的技術,可能沒有辦法阻止撞擊。所以最安全穩妥的方法就是主動出擊,將危險扼殺于地球之外。所以ESA和NASA在2015年就簽署「小行星撞擊和偏轉分析計劃」,拿來練手的小行星——距離地球大約 590 萬公里的「Didymos 和 Dimorphos」雙小行星系統。

Didymos 的直徑為 780m,周圍環繞著一顆長 160 米的小衛星 Dimorphos,而Dimorphos就是 DART 的目標。據模擬表明,Dimorphos 的質量為 480 萬噸,撞擊時 DART 的質量約為 550 公斤。DART 以 6.6 公里/秒的速度行進,將能夠將大量動量傳遞給 Dimorphos,達到預期實際改變小衛星繞 Didymos 軌道的程度。

理想情況下,DART撞擊動量會轉移到 Dimorphos,留下一個撞擊坑,幾乎沒有碎片,并將小衛星繞 Didymos 的軌道移動至少 73 秒。

地面望遠鏡將在數周或數月內檢測到這種變化,幅度約為 1%。雖然這看起來不是很多,但 1% 實際上是一個很有希望的轉變。如果 DART 撞上一顆孤立的小行星,它繞太陽的軌道周期將僅改變 0.000006% 左右,這需要很多年才能測量。

此外,目前使用動力撞擊小行星是避免災難的最簡單的選擇,而且也相對便宜——DART 的總預算約為3.2億美元。如果 DART 成功地使 Dimorphos 偏轉,那麼很容易設想在不久的將來,許多類似 DART 的任務仍處于待命狀態,等待發射。

不過不管這次DART任務是否成功,成功并不意味著地球會自動免受小行星的侵害,行星防御并沒有靈丹妙藥。人類距離擁有成熟的小行星保護網絡都還有一段距離,但 DART 的發射是行星防御進化過程中的另一個重要里程碑,盡管一度被視為深奧且可能有點愚蠢。

事實上,以任何標準衡量,在任何人的一生中都極不可能發生小行星撞擊死亡事件。然而,科學家和工程師只想一勞永逸地消除這種威脅,因為他們可以。如果焦慮的人在睡覺時不必擔心的事情少了一件,我想這是值得的,畢竟有備則無患!


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