2022年05月28日 11:03
【科學快訊】
不久前，一則有些科幻的新聞沖上了熱搜，國家航天局副局長吳豔華表示，我國將著手組建近地小行星防禦系統……為未來人類真正應對小行星地外天體對地球家園的威脅，真正作出中國新的貢獻。
那麼，什麼是近地小行星？它們對地球家園有什麼威脅？怎樣解除它們的威脅呢？咱們今天就來聊聊這方面的內容吧！
01
感謝小行星「不殺之恩」
所謂「近地小行星」，就是其軌道和地球軌道相交，或者將來經過行星引力攝動後可能與地球軌道相交的小行星。要知道，太陽系裏既沒有紅綠燈和交警，也沒有扳道工，這些小行星和地球的軌道相交，就有一頭撞上地球的危險。（為了簡便起見，接下來咱們說「小行星」、「小天體」的時候，也包括彗星的彗核部分，畢竟它和「小行星」對地球的傷害大同小異。）
截至2018年1月已知的太陽系小天體
主小行星帶的小天體標記為褐色，近地小天體標記為青色
地球軌道是灰白色，即從內向外第三圈
圖源NASA
可能有些朋友會覺得，宇宙那麼大，小行星那麼小，撞地球的可能性一定很小吧？
但事實恰恰相反。
打個比方，大家都坐過汽車，肯定經曆過大雨天雨點劈裏啪啦打在車窗上的景象，如果地球是一輛車，在圍著太陽轉的車道上，地球的車窗玻璃也會一直劈啪作響，不過打過來的東西可不是雨點。
據估算，每天都有2500萬顆大大小小的流星體闖進地球大氣層，累積起來，每年的總量大約有15000噸。
你之所以還能拿著手機讀到這篇文章，是因為幸好大部分流星體的個頭都非常小。能被看到的流星，絕大多數是由沙子或綠豆尺寸的小天體造成的，它們的麻雀戰術通常不會造成嚴重後果。
但是，「流星體」和「小行星」只是人類的分類用語，它們之間並沒有清晰的界限。如果一顆「流星體」長得足夠「膀大腰圓」，就可能一直砸到底層大氣甚至地面上，造成重大災難。下面就列出比較著名的幾起：
2013年2月15日的清晨，俄羅斯的車裏雅賓斯克上空劃過一顆火流星，光芒壓倒了初升的太陽，這顆火流星還在空中留下了大約10千米長的煙塵軌跡，未在空中燒完的隕石，在冰凍的車巴庫爾湖面上砸出了一個6米寬的大洞。7200多座房屋因火流星的爆炸震波受損，1491人受到間接傷害。據估計，車裏雅賓斯克的火流星事件是一顆直徑17到20米的小行星造成的。
在曆史上，更大規模的天體撞擊並不遙遠。
1908年6月30日，還是俄羅斯，在通古斯河附近的上空發生了一起驚天動地的大爆炸，沖擊波將方圓650千米內的窗戶玻璃震碎，超過2150平方千米的8千萬棵樹焚毀倒下，遠在英國的氣壓記錄儀都偵測到了爆炸產生的氣壓起伏。現在的科學界普遍認為，通古斯大爆炸的肇事者是一顆直徑65米左右的石質小行星。
而最著名的小行星撞擊遺址，恐怕是墨西哥的希克蘇魯伯隕石坑了，大約6600萬年前，一顆直徑至少10千米的小行星以每秒20千米的速度擊中這裏，揭開了白堊紀滅絕事件的序幕，地球上75%的物種，包括全部非鳥恐龍，在這次滅絕事件中永遠告別了地球生命大舞台。
所以從這個角度說，人類能發展到現在，可能還真的得感謝一下小行星的「不殺之恩」了。
02
撞擊威力有多大
怕你一行寫不下
前文說了，10千米級的小行星造成了大滅絕，大家可能會奇怪：才10千米的石頭，也就是一個城市的尺寸，居然能禍禍掉表面積5億平方千米的大千世界嗎？
不要忘記這塊石頭還有10千米高——比珠峰還要高一千多米。這麼一座巨山以高速砸到地面上，咱們可以用動能公式來算算它攜帶的能量（合並公式過程略）：
這個能量 ≈ 密度×直徑³×速度²÷3.82
把數據一個個填進公式裏去，全部按照國際單位制的標准單位，碳質球粒隕石密度平均為3300千克/立方米，直徑就按10000米，速度用20000米/秒吧。大家就會看到，這個公式計算的，是各種千啊萬啊的平方立方的乘積，最後得到的結果，大約是346，000，000，000，000，000，000，000焦耳——科學界對這次撞擊的估算值的前三位是420，但量級相同，是一個長達24位的數字（你看一行確實沒寫下 ↓↓↓ ）。
420，000，000，000，000，000，000，000焦耳
這是個什麼概念呢？它相當於太陽核心每毫秒產生的全部能量，或者說是200萬顆沙皇氫彈爆炸釋放的能量，假如地球5億平方千米的表面均勻覆蓋著2米深、0℃的水，那麼這個能量足以把這些水全部燒開。
幸好，那一瞬間的撞擊能量將集中在撞擊點，這會使小行星完全氣化，並當場崩出一個100千米寬、30千米深的巨坑，而不會一下子將所有能量平攤到整個地球。但別高興得太早，能量守恒定律決定了大家領盒飯只是遲早的事，因為撞擊造成的影響雖遲但到……
從撞擊點這裏出發的，有時速1000千米的狂風，有浪高1500米的海嘯。此外，有25萬億噸的物質將在瞬間被拋向高空，其中一部分會濺射進太空，再也不會歸來，另一部分會重新落回地球，在重入大氣層時它們將再度熾燃，火風暴將席卷全球。
而撞擊產生的大量灰塵和燃燒造成的灰燼懸浮在大氣中，長時間遮蔽陽光，妨礙植物進行光合作用，生態系統就此瓦解，食物鏈上層的各級消費者會次第滅亡。
來這麼一下，地球就已經被虐成這樣了，以後是不是就太平無事了呢？小行星的態度，自然是：
我錯了，下次還敢。
03
人類，絕不能只靠小行星「不殺之恩」
雖然目前還沒有小行星真的給人類致命一擊，但這事兒咱們真的不能賭運氣。
據NASA估算，大約每5000年，就會有一顆尺寸140米以上的小行星和地球相撞。2019年7月25日，一顆臨時編號2019 OK的小行星很不OK地從距離地球72000千米處飛掠而過，這個距離還不到地月距離的五分之一。這麼近已經夠恐怖的了吧？更恐怖的是，直到飛掠前一天，它才被人類發現！
而2029年4月13日，尺寸170~450米的小行星99942——亦稱「毀神星」——將距地表32000千米左右擦臉飛過，這個距離已經比同步衛星軌道還要低了！
人類以智慧生物自詡，但如果面對小行星的暴擊，卻和不讀書的恐龍一樣窩囊地死去，想想就挺糟心的。
要想防止被小行星莫名糊臉，就得先知道它們有多少，都躲在哪兒，發現得越早越好。從近30年前，就有多個近地小天體監測項目陸續啟動，平均每周能發現40顆，收獲頗豐。
圖源NASA
為什麼吳副局長說，要建立地基天基的監測系統？從地面觀測還不夠嗎？確實不夠。有些小行星是借著明亮天體的光芒掩護奔襲而來的，比如車裏雅賓斯克的那顆，是從太陽方向飛來的，要想提前發現它，就得白天看星星，所以對它的到來，事前無人知曉。
再如很不OK的2019 OK（前文提到的小行星編號），在本該能看到它的那幾天，遇到了滿月。如果把監測系統發射到大氣層外，那麼太陽月亮的明亮圓盤旁邊緊貼著的，就是黑漆漆的太空，「白天找星星」也就能做到了。
那麼，如果我們運氣奇佳——或者說奇差，真的發現了一顆會撞到地球的小行星，我們又該如何解決掉它呢？
04
生存還是毀滅？
絕不溫和地走進那個良夜！
好萊塢科幻災難大片酷愛使用小行星撞地球的橋段，像《天地大沖撞》《絕世天劫》都有人類想方設法炸飛小行星的情節。現實中也是如此，面對毀滅的危機，人類決不會坐以待斃，好消息是，目前已經有了很多可行的方案。
一旦發現有小行星威脅地球，一切可能的方案，歸根結底都可分為兩類：瓦解和推離。
瓦解，就是把小行星分裂成零散個體（主要靠炸），飛向多個方向的小天體碎塊會脫靶錯失地球，或者個頭小到足以在大氣層中燒盡。
推離呢，則是把小行星整體帶偏軌道，或者讓它加速或減速，提前或滯後到達約會點，同樣達到脫靶的效果。地球的赤道直徑是12756千米，公轉速度每秒30千米，每走完一個自身身長需要425秒，也就是七分半左右。推離的要旨，就是為地球爭取425秒的時間。
在具體實施辦法上，有下面幾種：
最容易被想到的是熱核武器。熱核武器產生的大量熱能可以使小行星局部氣化，並用這個臨時產生的氣體崩裂小行星，或者噴射物質把主體推離軌道。但是也要小心，一旦計劃失敗，砸中地球的將不僅是一顆小行星了，還是一顆自帶核汙染的小行星。
冷兵器式的方法，可以發射一個撞擊器去撞擊小行星，改變它的速度或方向。或者用非接觸的方法，讓一個牽引器陪著小行星一起飛，引力會漸漸把小行星拉偏軌道，所謂「差之毫厘，謬之千裏」，計劃實施得足夠早的話，就有使小行星脫靶的希望。
也有許多小眾一些的主意，例如送一台挖掘拋射機到小行星表面，不斷把小行星表面的物質拋向太空，一邊使它慢速解體，一邊讓動量守恒定律來幫著改變小行星軌道。或者用激光或聚焦鏡氣化小行星的局部表面，使它被噴射出的岩石氣體逐漸推離。如此等等，不一而足。
從見效時間上來說，也可以分為兩類：閃電戰和持久戰。熱核武器或撞擊器算是閃電戰，引力牽引、挖掘拋射、局部噴射這些則是持久戰。但是不管哪一種方法，都需要及時發現，盡早安排。NASA目前最樂觀的估計是5到10年的准備期，並且正在實施對第65803號Didymos小行星的撞擊實驗，預計2022年9月底/10月初完成撞擊。
吳副局長提出的2025或2026年實施一次技術實驗，從時間表來說，已經非常積極進取了。從吳局的話中，我們可以讀出實施方案是撞擊，只是，不知咱們挑選的小行星是哪一顆呢？
最後再說點大家喜聞樂見的，雖然一提起小天體撞地球，大家往往都會往「天災」的方向考慮，但偶爾也會有人因此變得非常土豪（當然，撞的時候可別在現場……）。
比如在德國，有個名叫諾德林根的小鎮，人口不到兩萬，坐落在一個直徑25千米、深約100到150米的巨坑裏。起初科學家以為這個坑是個火山口，後來在此找到只有在高速沖擊下才能形成的柯石英，表明這是1500萬年前、一顆直徑1500米的小行星形成的撞擊坑。
撞擊和高溫形成了估計總量72000噸的沖擊鑽石，可惜這些鑽石非常細碎，最大不超過0.2毫米，混在土壤裏，被這座城市的建造者們無意間拿來修路砌牆蓋房子了，所以，以 「含鑽量」來說，這小鎮實在是土中有豪，土豪極了。
作者 | 曲 炯 科普作家 作品發表於國家博物館、國家航天局等 ；
審核 | 劉 茜 北京天文館研究員 科普影片編導和科普作家
本文由「科學辟謠平台」（ID：Science_Facts）出品
