NASA计划让一艘航天器撞向小行星,原因如下

Illustration of NASA’s DART spacecraft and the Italian Space Agency’s LICIACube prior to impact at the Didymos binary system.
NASA will complete the world’s first full-scale planetary defence mission.Image: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben
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  • NASA计划让一艘探测器撞向小行星,以改变其轨道。

  • 这将是全球首个全面行星防御任务,名为“双小行星重定向测试”(DART)。

  • 如果小行星撞上地球,可能会摧毁整座城市,造成极其严重的破坏和大规模物种灭绝。

  • DART等任务的实验或有助于人类为此类事件做好准备。

2022年9月26日,NASA计划改变一颗小行星的轨道。

大型双小行星迪迪莫斯及其小卫星迪莫弗斯目前不会对地球构成威胁。但NASA将以概念验证的形式,完成全球首个全面行星防御任务:让一艘重1,340磅(610千克)的探测器以约14,000英里/小时(22,500公里/小时)的速度撞向迪迪莫斯的卫星。这项任务名为双小行星重定向测试,简称DART。

我是一名学者,研究太空与国际安全;我的工作是探究天体撞击地球的真实可能性,以及各国政府是否投入了足够资金来防范此类事件。

要回答这些问题,我们必须了解有哪些近地天体。迄今为止,NASA估计只追踪到了较大天体中的40%。过去曾有意外出现的小行星飞临地球,未来也必定还会如此。DART等任务的实验或有助于人类为此类事件做好准备。

数以百万计的天体,如小行星和彗星,围绕太阳运行,并经常撞击地球。Image: NASA/JPL

小行星和彗星带来的威胁

数以百万计的天体,如小行星和彗星,围绕太阳运行,并经常撞击地球。其中大多数体积太小,不会构成威胁,但有些确实令人担忧。近地天体包括轨道会使其来到距太阳1.2亿英里(1.93亿公里)以内的小行星和彗星。

天文学家认为,如果近地天体将飞至距地球460万英里(740万公里)以内,且直径至少达到460英尺(140米),就构成威胁。如果这种大小的天体撞上地球,可能摧毁一座城市,并造成区域性严重破坏。更大的天体——直径达到0.6英里(1公里)或以上——可能造成全球性影响,甚至导致大规模物种灭绝。

最著名、破坏性最大的天体撞击发生在6500万年前,当时一颗直径6英里(10公里)的小行星撞上了如今的尤卡坦半岛。它消灭了地球上大多数动植物物种,包括恐龙。

较小的天体也可能造成重大破坏。1908年,一个直径约164英尺(50米)的天体在西伯利亚的石泉通古斯河上空爆炸。它夷平了超过830平方英里(2,100平方公里)范围内的8,000多万棵树。2013年,一颗直径仅65英尺(20米)的小行星在俄罗斯车里雅宾斯克上空20英里(32公里)处的大气层中爆炸,释放的能量相当于30颗广岛原子弹,造成1,100多人受伤,并造成3,300万美元损失。

下一颗可能撞击地球、体积较大的小行星很可能是2005 ED224。直径164英尺(50米)的这颗小行星将于2023年3月11日飞掠地球,撞击概率约为五十万分之一。

下一颗可能撞击地球、体积较大的小行星很可能是2005 ED224。Image: NASA/JPL

监测天空

虽然较大天体撞击地球的可能性很小,但造成的破坏将极其严重。

美国国会认识到了这一威胁,并在1998年太空卫士调查中要求NASA在10年内发现并追踪估计总数中90%的近地天体,这些天体的直径至少为0.6英里(1公里)。NASA超额完成了90%的目标,时间是在2011年。

2005年,美国国会通过了另一项法案,要求NASA扩大搜寻范围,并在2020年底前追踪至少90%的直径达到460英尺(140米)的近地天体。如今期限已过,主要由于缺乏资金,目前只有40%的这些天体已绘制成图。

截至2022年9月18日,天文学家已发现29,724颗近地小行星,其中10,189颗直径达到460英尺(140米),855颗直径至少为0.6英里(1公里)。每周约有30个新天体被纳入记录。

一项新任务于2018年获美国国会拨款,计划于2026年发射一台红外太空望远镜——NEO Surveyor,专门用于搜寻可能构成危险的小行星。

宇宙中的意外

只有提前知道灾难即将来临,我们才能加以防范;小行星过去曾悄然逼近地球。

一颗所谓的“城市杀手”小行星,大小相当于一个足球场,于2019年飞掠地球,距离不到45,000英里(72,420公里)。一颗大小相当于波音747客机的小行星于2021年近距离掠过地球;2012年也有一颗小行星直径达0.6英里(1公里)。这些天体都是在掠过地球前大约一天才被发现的。

研究表明,地球自转会形成观测盲区,使一些小行星难以被探测到,或看起来像是静止不动。这可能带来问题,因为有些突如其来的小行星会撞上地球。2008年,天文学家在一颗小行星撞上苏丹乡村地区前仅19小时才发现它。

最近发现一颗直径1.2英里(2公里)的小行星,这表明仍有大型天体潜伏在太空中。

亚利桑那州弗拉格斯塔夫附近的这座陨石坑,是约50,000年前一颗估计直径为160英尺(50米)的小行星撞击地球后形成的。Image: USGS/D. Roddy,经Wikimedia Commons

我们能做些什么?

要保护地球免受宇宙威胁,关键在于及早发现。在2021年行星防御会议上,科学家建议至少预留五到十年的准备时间,以成功防御危险小行星。

如果天文学家发现危险天体,有四种方法可以减轻灾害。第一种是采取区域性急救和疏散措施。第二种方法是派遣航天器飞近一颗中小型小行星,利用航天器的引力缓慢改变其轨道。要改变较大行星的轨道,我们可以让某个物体高速撞上它,或在附近引爆核弹头。

DART任务将首次尝试让大型小行星偏转轨道。但这并非人类首次向小行星派遣航天器。NASA的“深空撞击”任务于2005年让一艘探测器撞向彗星9P/坦普尔,以获取这颗彗星的科学测量数据;2018年,日本“隼鸟2号”任务从小行星“龙宫”采集样本并将其带回地球,但这两项任务都不是为行星防御测试而设计的。

DART任务有望产生大量有用信息。这些数据将来自一台搭载在DART航天器上的相机,它会持续向地球传回图像,直到撞击发生。此外,一颗名为LICIACube的微型卫星于2022年9月11日从DART释放,将拍摄撞击过程。欧洲航天局的一项后续任务名为“赫拉”,将于2024年发射,并于2026年与迪迪莫斯会合,开始收集数据。

行星防御投入

2021年,NASA的行星防御预算为1.58亿美元,仅占0.7%的NASA总预算,也只占约7,000亿美元的美国国防预算的0.02%。

考虑到仍有60%的所有潜在危险小行星尚未被发现,投入这些资金监测天空是否合适?考虑到可能造成的后果,这是一个值得提出的重要问题。

投资行星防御就像购买房屋保险。房屋遭遇毁灭性事件的可能性很小,但人们仍然会购买保险。

即使只有一颗直径超过460英尺(140米)的天体撞上地球,也会造成极其严重的破坏和人员伤亡。更大的撞击甚至可能真的消灭地球上的大多数物种。即便预计未来100年内不会有此类天体撞击地球,可能性也并非为零。在这种低概率、高后果的情形下,投资保护地球免受危险天体威胁,或许能让人类更安心,也可能避免一场灾难。

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