我國(guó)近地小行星防御任務(wù)曝光，有多少小行星會(huì)威脅地球？

近日，中國(guó)工程院院士吳偉仁在中國(guó)科協(xié)年會(huì)上透露，中國(guó)將在未來(lái)十年實(shí)施近地小行星防御任務(wù)。什么是小行星？對(duì)地球有多大威脅？如何防御撞擊？

撰文/記者 陳永杰 圖文編輯/陳永杰

圖片來(lái)源/視覺(jué)中國(guó)

審稿專(zhuān)家：

焦維新（北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授）

10月22日，中國(guó)深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室主任兼首席科學(xué)家、中國(guó)工程院院士吳偉仁在中國(guó)科協(xié)年會(huì)上，介紹國(guó)家未來(lái)15年的太空探索計(jì)劃，包括計(jì)劃2030年前后實(shí)現(xiàn)載人登月，以及在未來(lái)10年內(nèi)展開(kāi)首次“近地小行星防御任務(wù)”。

▲中國(guó)深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室主任兼首席科學(xué)家、中國(guó)工程院院士吳偉仁在第二十五屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)上透露，未來(lái)10年內(nèi)展開(kāi)首次“近地小行星防御任務(wù)”（圖片來(lái)源/視覺(jué)中國(guó)）

吳偉仁院士還詳細(xì)介紹近地小行星防御任務(wù)的具體做法，瞄準(zhǔn)一個(gè)距離地球數(shù)千萬(wàn)千米、幾十米大的小天體，然后在它1000萬(wàn)千米外發(fā)射撞擊器，使其運(yùn)行軌道改變，再評(píng)估效果。這一任務(wù)的目的是驗(yàn)證防止小行星撞地球的能力，實(shí)現(xiàn)“撞得準(zhǔn)，推得動(dòng)，測(cè)得出，說(shuō)得清”的目標(biāo)。什么是小行星？小行星對(duì)地球有多大威脅？如何防御小行星撞擊？

已知有2000多顆小行星對(duì)地球造成威脅

小行星如何定義？美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的定義為：下限是直徑1米，還有觀點(diǎn)認(rèn)為是直徑10米。為什么定義為10米？北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授焦維新解釋說(shuō)，直徑10米以上的小行星進(jìn)入地球大氣層的時(shí)候才不會(huì)燃燒盡，至少會(huì)有一些流星體落在地球表面。

▲小行星進(jìn)入地球大氣層燃燒的現(xiàn)象圖（圖片來(lái)源/視覺(jué)中國(guó)）

小行星按照位置可以分為三種：圍繞地球附近轉(zhuǎn)的近地小行星、在火星和木星之間分布的主帶小行星和特洛伊群小行星。

▲從位置上分，小行星分為近地小行星主帶小行星和特洛伊群小行星（圖片來(lái)源/焦維新）

作為近地小行星，滿足近日距（地球距太陽(yáng)最近距離）小于1.3AU（AU是一個(gè)天文單位，地球到太陽(yáng)的平均距離定為1AU，約等于1.496億千米）的小行星為近地小行星。近地小行星按照不同的位置又分成阿莫爾小行星、阿波羅小行星、阿坦小行星和阿提拉小行星。

隨著地面望遠(yuǎn)鏡性能的提高，幾米大小的小行星都已經(jīng)能夠看見(jiàn)了，截止2021年，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)27000顆近地小行星。

▲已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的近地小行星（圖片來(lái)源/焦維新）

“研究近地小行星有重要的意義，主要是避免天體大相撞?！苯咕S新解釋說(shuō)?？茖W(xué)上將對(duì)地球有潛在危險(xiǎn)的小行星，用符號(hào)PHA表示。截止到2021年的2月2日，科學(xué)家一共發(fā)現(xiàn)了2216顆PHA，那就是說(shuō)我們知道的已經(jīng)有2000多顆對(duì)地球有潛在威脅的小行星了。

▲地球最小軌道交會(huì)距離（圖片來(lái)源/焦維新）

但是，這2000多顆小行星一定會(huì)撞到地球嗎？不一定?！拔覀冎皇钦f(shuō)這些天體撞擊地球的危險(xiǎn)性更大一些。另外，小行星由于太小，運(yùn)行的軌跡容易受到大天體的影響?？茖W(xué)家預(yù)報(bào)對(duì)地球沒(méi)有災(zāi)害，但是受其他天體影響以后，可能它越來(lái)越靠近。也有的現(xiàn)在看起來(lái)對(duì)地球有潛在的危險(xiǎn)，但是受其他因素的影響越來(lái)越離我們遠(yuǎn)了，所以這個(gè)數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)發(fā)展的?！苯咕S新解釋說(shuō)。

小行星撞擊地球并不是空穴來(lái)風(fēng)

“小行星撞擊地球并不是空穴來(lái)風(fēng)?！苯咕S新強(qiáng)調(diào)。2013年2月15日，俄羅斯的車(chē)?yán)镅刨e斯克發(fā)生小行星撞擊事件，小行星進(jìn)入大氣層的時(shí)候，在天空中留下大約10千米長(zhǎng)的痕跡。小行星的主要碎片擊中了切巴爾庫(kù)爾湖。該次事件中有1491人受傷。

▲2013年2月15日，俄羅斯的車(chē)?yán)镅刨e斯克發(fā)生小行星撞擊事件（圖片來(lái)源/焦維新）

歷史上，地球經(jīng)歷了大災(zāi)變，確認(rèn)的已經(jīng)有將近200個(gè)隕石坑。還有一些隕石坑因?yàn)榈厍虻淖冞w、河道的變遷等原因已經(jīng)沒(méi)法辨認(rèn)。

1908年6月30日上午7時(shí)17分發(fā)生在現(xiàn)今俄羅斯西伯利亞上空的通古斯卡大爆炸事件。當(dāng)時(shí)估計(jì)爆炸威力相當(dāng)于2000萬(wàn)噸TNT炸彈，超過(guò)2150平方千米內(nèi)的8000萬(wàn)棵樹(shù)全都焚毀倒下。

目前比較一致的意見(jiàn)是，一顆直徑大概60米到190米的小行星，在大約離地面高6至10千米的上空和大氣層劇烈摩擦受熱不均勻所以發(fā)生了爆炸，所以導(dǎo)致了整個(gè)通古斯卡的森林被毀。

▲通古斯卡大爆炸想象圖（圖片來(lái)源/焦維新）

小行星撞擊地球的危險(xiǎn)仍然存在，主要是三個(gè)原因：首先是，海量天體尚未發(fā)現(xiàn)。我們觀測(cè)到的數(shù)量也就大概10%左右。還有許多天體沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，這些天體到底有沒(méi)有撞擊地球的危險(xiǎn)性？我們還不太了解。2020年8月中旬，一顆大小如SUV轎車(chē)大小、編號(hào)為“2020 QG”的近地小行星，近距離掠過(guò)地球。而就在它即將離開(kāi)之時(shí)，被美國(guó)宇航局的探測(cè)器探測(cè)，但這已經(jīng)是6小時(shí)以后的事情了。

第二個(gè)原因是不速之客突然來(lái)襲，這還包括了短周期彗星，偶然闖入內(nèi)太陽(yáng)系，人類(lèi)更難以確定它的軌道。比如休梅克－利維9號(hào)彗星在1994年7月8日因?yàn)槭艿侥拘菑?qiáng)大的引力而分裂為21個(gè)小碎塊，并在1994年7月16日以每小時(shí)21萬(wàn)千米的速度撞向木星的南半球。碎片G的威力最大，達(dá)6兆噸TNT炸藥，它的當(dāng)量所造成的“疤痕”預(yù)計(jì)比地球直徑還要大。

▲休梅克－利維9號(hào)彗星撞擊木星（圖片來(lái)源/焦維新）

休梅克－利維9號(hào)彗星撞擊木星凸顯了木星在太陽(yáng)系扮演著“太空吸塵機(jī)”的角色。它的強(qiáng)大引力可吸掉不少彗星和小行星，木星發(fā)生彗星撞擊的幾率是地球的2000至8000倍。地球位置非常優(yōu)越，有木星保護(hù)，地球才是一個(gè)適居的星球。

第三個(gè)原因是雅克夫斯基效應(yīng)，小行星吸收陽(yáng)光和釋放熱量時(shí)對(duì)小行星產(chǎn)生微小的推動(dòng)力。比如根據(jù)對(duì)小行星6489Golevka的觀測(cè)，從1991到2003年間，位置比預(yù)期值移動(dòng)了15千米。

▲雅克夫斯基效應(yīng)示意圖（圖片來(lái)源/焦維新）

多種手段可消除小行星威脅

小行星撞擊地球的風(fēng)險(xiǎn)有多大？尺寸小的因?yàn)閿?shù)量多，所以概率大。根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，如果直徑小于30米，在高層大氣中就破碎了，一般不會(huì)在地面造成人員傷亡。直徑大于30米、小于100米，這種天體在低層大氣中燃燒破裂，對(duì)地面會(huì)產(chǎn)生局部的影響。

直徑大于100米、小于300米的小行星，能直接撞擊到地球表面，產(chǎn)生直徑為幾千米的隕石坑，所導(dǎo)致的灰塵籠罩會(huì)影響直徑10千米的區(qū)域。

直徑大于300米、小于600米的小行星，將引發(fā)最小級(jí)別的全球性災(zāi)難，可造成大約50萬(wàn)人死亡，發(fā)生事件間隔為25000年。

直徑大于600米、小于1000米的小行星，將造成中等級(jí)別的全球性災(zāi)難，死亡人數(shù)約500萬(wàn)，時(shí)間間隔為7萬(wàn)年。

直徑大于1千米小于5千米的小行星，足以造成全球性的危害，死亡人數(shù)超過(guò)10億，大概每幾百萬(wàn)年發(fā)生一次。

焦維新介紹說(shuō)，人類(lèi)避免小行星撞擊主要有十大措施。第一是加強(qiáng)觀測(cè)提前預(yù)報(bào)，了解它的軌道情況。第二，動(dòng)力撞擊偏轉(zhuǎn)軌道。第三，安裝火箭改變軌道。第四，太陽(yáng)帆推動(dòng)。第五，引力牽引器。第六，在小行星附近核爆炸。第七，在小行星內(nèi)部核爆炸。第八，質(zhì)量投射器。第九，激光燒蝕。第十，用太陽(yáng)能使物質(zhì)汽化產(chǎn)生推力。

其中發(fā)射探測(cè)器動(dòng)力撞擊的方案已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施。2021年11月，美國(guó)發(fā)射兩顆衛(wèi)星(DART)到相對(duì)較近的天體，撞擊一顆直徑大約780米的大型小行星以及一顆直徑為160米的“小衛(wèi)星”。

▲DART小行星重定向測(cè)試任務(wù)（圖片來(lái)源/焦維新）

早在1996年1月，“近地小行星約會(huì)”探測(cè)器就成功發(fā)射升空，它的使命是圍繞“愛(ài)神”小行星運(yùn)轉(zhuǎn)，并登陸其上以探索小行星的秘密。在飛往小行星的過(guò)程中，探測(cè)器向地球傳回了16萬(wàn)張照片與大量珍貴的材料，為科學(xué)家們提供許多將來(lái)探測(cè)其他小行星與彗星的重要參考。終于在飛越32億千米的距離后，探測(cè)器成功進(jìn)入到了“愛(ài)神”小行星的軌道，開(kāi)始進(jìn)行探測(cè)。

▲2001年2月12日，美國(guó)“近地小行星約會(huì)”無(wú)人探測(cè)器成功降落于“愛(ài)神”小行星，實(shí)現(xiàn)了歷史上首次探測(cè)器和小行星的相會(huì)（圖片來(lái)源/NASA）

2014年，日本發(fā)射小行星探測(cè)器隼鳥(niǎo)2號(hào)采取接觸即離的探測(cè)方式，采集小行星樣本并返回地球。

▲日本發(fā)射小行星探測(cè)器隼鳥(niǎo)2號(hào)（圖片來(lái)源/焦維新）

今年4月24日的中國(guó)航天日當(dāng)天，中國(guó)國(guó)家航天局副局長(zhǎng)吳艷華首次向外界披露，中國(guó)首先要完善建立地基天基對(duì)小行星的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，不僅要編目，關(guān)鍵是分析判斷哪些是重危型；要對(duì)是否有可能解除這些威脅進(jìn)行技術(shù)研究和攻關(guān)。

在完善對(duì)小行星探測(cè)能力的同時(shí)，中國(guó)也要著手組建近地小行星防御系統(tǒng)。吳艷華透露，中國(guó)要爭(zhēng)取在“十四五”末期或者2025年、2026年實(shí)施一次對(duì)某一顆有威脅的小行星進(jìn)行抵近觀測(cè)，實(shí)施就近撞擊，并就改變其軌道進(jìn)行技術(shù)實(shí)驗(yàn)，為未來(lái)人類(lèi)應(yīng)對(duì)小行星等地外天體對(duì)地球家園的威脅，作出中國(guó)的新貢獻(xiàn)。