如何監(jiān)測近地小行星？看看中國的天眼和復(fù)眼

在我們生存的太陽系中，除了太陽系八大行星及其衛(wèi)星，還有一群不速之客，它們偶爾訪問地球，甚至野蠻地闖入地球大氣層，在大氣層中解體爆炸，給地球上生物帶來的強(qiáng)大的沖擊波，損毀樹木、房屋，導(dǎo)致人員受傷。極端的條件下它們會抵達(dá)地面，強(qiáng)大的撞擊會引發(fā)地震海嘯、火山爆發(fā)，甚至還會徹底改變地球的氣候環(huán)境，以及地球上大規(guī)模的物種滅絕。它們就是近地小行星。

話說在6,500萬年前，一顆直徑大約10千米的近地小行星撞擊北美墨西哥灣地區(qū)，導(dǎo)致了地球上的物種大滅絕，統(tǒng)治地球長達(dá)1.6億年的恐龍也在這次撞擊事件后退出了地球的舞臺。

6,500萬年過去了，這些太空中的恐怖分子并沒有善罷甘休，就在10年前的2013年，一個直徑大約18米的近地小行星在俄羅斯上空爆炸，等效約30顆廣島原子彈的能量，所幸空爆高度在大概30公里高空，大部分能量在空中釋放，但是仍然在地廣人稀的俄羅斯導(dǎo)致了接近1500人受傷。

直徑僅僅20米級的近地小行星，在地球周圍有幾百萬顆，而超過99.9%這樣尺寸的小行星，我們都還沒有發(fā)現(xiàn)它們在哪里。如果小型的尺寸可以達(dá)到50米級，就足以摧毀一個大型城市。這樣的小行星在我們地球周圍有幾十萬顆，我們還有超過95%都沒有發(fā)現(xiàn)。直徑140米的近地小行星可以摧毀一個中小型的國家。這種尺寸的近地小行星有大約3萬顆，我們還有超過60%的都沒有發(fā)現(xiàn)。

因此我們對這些太空中的恐怖分子不能掉以輕心，我們的當(dāng)務(wù)之急是對他們進(jìn)行查戶口、建立編目數(shù)據(jù)庫。你知道科學(xué)家是用什么望遠(yuǎn)鏡監(jiān)測近地小行星的嗎？說到望遠(yuǎn)鏡，你可能會想到哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，會想到中國天眼，甚至還會想到最近熱門報道的中國復(fù)眼。

配圖來自于圖蟲網(wǎng)

我們究竟是怎么發(fā)現(xiàn)近地小行星的？實際上這些望遠(yuǎn)鏡的主要功能都不是用來發(fā)現(xiàn)近地小行星的，目前近地小行星發(fā)現(xiàn)的主力裝備是地球上的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)勢在于探測距離遠(yuǎn)、探測視野大，比如世界上最強(qiáng)大的近地小行星巡天系統(tǒng)——美國的卡塔琳娜巡天系統(tǒng)可以在大約1.5億公里處探測到等效直徑140米的近地小行星。而美國正在建設(shè)新一代大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡SST可以在1.5億公里處探測到等效直徑45米的近地小行星。SST望遠(yuǎn)鏡預(yù)計在2023年正式運行，預(yù)計可以發(fā)現(xiàn)大量中小尺寸的近地小行星，提升人類對這些太空中危險分子的編目速度。

在發(fā)現(xiàn)新的小行星后，還需要對它們進(jìn)行跟蹤測量，確定其精密軌道、三維形狀、自轉(zhuǎn)、物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)等信息，這時候雷達(dá)望遠(yuǎn)鏡就能夠派上用場。雷達(dá)望遠(yuǎn)鏡具有高精度的測距能力，能夠極大地提升對小行星的軌道測量精度，通過分析電磁回波數(shù)據(jù)，能夠描繪出小行星的三維形狀、表層物質(zhì)成分等精細(xì)信息，對認(rèn)識小行星的撞擊危害具有極其重要的價值。

由于小行星本身并不發(fā)射電磁波，中國天眼口徑雖然大，并不能獨立完成對小行星的跟蹤觀測。目前正在建設(shè)的中國復(fù)眼是由很多小雷達(dá)合成的大型雷達(dá)陣列，可以主動發(fā)射電磁波到小行星的表面，并接收回波，探測小行星表面的物理特性。未來中國復(fù)眼還可能與中國天眼合作，充分利用中國復(fù)眼的主動發(fā)射能力和中國天眼的強(qiáng)大接收能力，對小行星實施遠(yuǎn)距離探測。為預(yù)警近地小行星撞擊風(fēng)險，貢獻(xiàn)更多中國力量。

雷達(dá)雖好但也不是萬能的，雷達(dá)需要主動發(fā)射信號到小行星的表面上，而這需要極高的指向精度，這就需要光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行引導(dǎo)，這是為什么雷達(dá)只能用來跟蹤小行星，而光學(xué)望遠(yuǎn)鏡用來對小行星進(jìn)行廣域普查搜索的原因。

盡管人類已經(jīng)建設(shè)了這么多的望遠(yuǎn)鏡，但是我們目前的近地小行星監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)遠(yuǎn)非完美，地球上的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡只能在夜晚工作，如果有小行星從太陽方向來襲，就像10年前發(fā)生在俄羅斯那樣的事件，我們可能毫無覺察。要解決太陽方向小行星的監(jiān)測預(yù)警問題，我們需要把望遠(yuǎn)鏡放到太空中的合適軌道上，科學(xué)家正在為此而努力。

本文為科普中國·星空計劃扶持作品

作者：李明濤

審核：周炳紅（中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心 研究員）

出品：中國科協(xié)科普部

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