17年前“炮轟”彗星，今年又有一場(chǎng)“撞擊”大戲，拯救地球在行動(dòng)

先糾正一下，所謂“炮轟”是媒體使用的一個(gè)形容詞，準(zhǔn)確的說法是撞擊。

撞擊的炮彈叫“深度撞擊號(hào)”/

北京時(shí)間2005年7月4日13點(diǎn)52分，在距離地球1.3億公里的地方，上演了一場(chǎng)“炮轟”彗星的大戲，這場(chǎng)戲許多網(wǎng)友可能不知道，但在科學(xué)界，尤其是天文物理學(xué)界卻引起了很大反響，要知道這可是人類第一次將“戰(zhàn)火”漫延到一顆小行星上。

這顆作為靶子的小行星是一顆彗星的彗核，被稱為“斯坦普一號(hào)”，大小約為長14公里，寬5公里。炮轟這顆彗星的炮彈叫“深度撞擊號(hào)”，是NASA（美國航空航天局簡稱）從1999年開始籌劃，經(jīng)過五年多的研制，于2005年1月13日發(fā)射的一艘探測(cè)器，耗資3.3億美元。

經(jīng)過5個(gè)多月的追蹤，“深度撞擊號(hào)”行程4.3億公里接近了這個(gè)“靶標(biāo)”，在觀測(cè)拍攝了大量資料傳回后，以比炮彈快十倍、每秒10.2公里的相對(duì)速度，一頭撞上彗星彗核，完成了人類“首撞”的偉大使命。

實(shí)施撞擊的是探測(cè)器7月4日在靠近“斯坦普一號(hào)”50公里時(shí)，釋放的一個(gè)撞擊器器，這個(gè)撞擊器由銅和鋁構(gòu)成，質(zhì)量為370公斤，撞擊能量達(dá)到4.7噸TNT炸藥當(dāng)量，整個(gè)過程只用了3.7秒。

探測(cè)器欣賞到了撞擊產(chǎn)生的太空焰火，但由于撞起的煙塵遮蔽了撞擊點(diǎn)，無法看清撞擊后的情況，恰好歐空局發(fā)射的“羅塞塔號(hào)”彗星探測(cè)器也在附近，距離相撞地點(diǎn)8000萬公里，通過一周的觀察拍攝，發(fā)回了大量“坦普爾一號(hào)”被撞后云霧的變化資料。

天文學(xué)家們通過研究這些資料，得出這次撞擊在彗星表面產(chǎn)生了一個(gè)半徑約30米的大坑，有5000多噸灰塵以每秒110~300米的速度被拋離彗核，還有約5000噸的冰和約15噸的氫氰酸以冰粒形式被拋向太空，在太陽輻射下迅速升華為氣體。

最終NASA宣稱，在彗核上留下了一個(gè)足球場(chǎng)般大，深度達(dá)到30~50米的撞擊坑，但撞擊只導(dǎo)致彗星的速度變化了0.0001毫米每秒，彗星未來的近日點(diǎn)將減少10米。

由此，這次撞擊試驗(yàn)得到如下成果：首先，人類首次看到了彗核是什么樣子，并且分析了彗核的物質(zhì)組成，為進(jìn)一步探索了解太陽系誕生、地球上的水和生命起源等具有重大幫助；其次，探測(cè)器的遠(yuǎn)程無人控制技術(shù)堪稱完美，萬里穿針式的精準(zhǔn)撞擊令人震撼，對(duì)未來人類更深遠(yuǎn)的太空探索積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

要知道，如果稍有偏差，撞擊器就有可能擦邊而過而落空，幾億美元就打了水漂。那么這種撞擊除了以上成果，根本目的是為了啥呢？主要還是為了應(yīng)對(duì)小行星威脅，因?yàn)檫@種威脅曾經(jīng)毀滅過地球80%的物種，科學(xué)家們就一直想通過研究小行星，找到規(guī)避的方式。

小行星撞地球?yàn)樯稌?huì)導(dǎo)致巨大災(zāi)難/

許多網(wǎng)友總會(huì)低估小行星撞擊的力量，認(rèn)為不過就是一些太空碎片撞擊地球嗎，火山噴發(fā)也就那么回事，怎么可能會(huì)導(dǎo)致人類毀滅性災(zāi)難呢？火車相撞也就那么回事，一顆十幾二十米的小行星，怎么可能形成通古斯大爆炸和車?yán)镅刨e斯克地區(qū)那種巨大威力呢？

這是對(duì)速度與能量關(guān)系認(rèn)知的缺乏。同一個(gè)質(zhì)量的物體，速度越大，撞擊的能量就越大，而且隨著速度加快，撞擊能量就會(huì)呈指數(shù)級(jí)提升。一個(gè)很簡單的例子：你拿個(gè)木棒輕輕碰一下腦袋和快速打向腦袋，后果能一樣嗎？

那么小行星撞擊地球的速度有多快呢？根據(jù)圍繞著太陽運(yùn)動(dòng)的環(huán)繞速度和逃逸速度計(jì)算，小行星運(yùn)行速度一般應(yīng)在30~42公里之間，至于撞上地球的相對(duì)速度，就要看從哪個(gè)角度撞過來了。

如果正好從地球公轉(zhuǎn)軌道前方撞入，其速度就是小行星本身速度加上地球公轉(zhuǎn)速度，至少在60公里到72公里之間；而從不同的側(cè)面或后面撞入，其速度就有許多變化了。

因此，小行星撞擊地球相對(duì)速度快慢不等，從過去撞向地球的小天體來看，一般都在每秒10公里到40公里之間。據(jù)一些專家考證，6500年前毀滅恐龍的那顆小行星直徑約10公里，撞擊速度每秒約30公里；導(dǎo)致通古斯大爆炸的那顆小行星直徑約20米，撞擊速度每秒約20公里；撞入車?yán)镅刨e斯克地區(qū)的小行星直徑約17米，速度每秒約19公里。

假設(shè)這些小行星是巖石小行星，按花崗巖密度每立方米2.7噸計(jì)算，根據(jù)球體積公式可得出它們的質(zhì)量約為：直徑10公里的小行星質(zhì)量為1.4萬億噸，直徑20米的小行星質(zhì)量為11310噸，直徑17米的小行星質(zhì)量為6173噸。

當(dāng)然，很小的小行星并非是完美球型，更多的是土豆型等不規(guī)則形狀，因此這里的計(jì)算只供參考。

撞擊能量公式為E=1/2mv^2，這里的E表示能量，m表示撞擊物體的質(zhì)量，v表示撞擊速度。根據(jù)這個(gè)公式，我們來簡單計(jì)算一下這些小行星撞擊的能量有多大。

6500萬年前，導(dǎo)致恐龍等80%左右物種滅絕的那顆小行星，撞擊能量可達(dá)150萬億噸TNT炸藥爆炸能量。一些資料介紹，科學(xué)家測(cè)算的撞擊能量約為120萬億噸TNT當(dāng)量，這說明其計(jì)算時(shí)取的密度或速度值與我略有偏差。

導(dǎo)致通古斯大爆炸的小行星撞擊能量約為54萬噸TNT炸藥爆炸能量；撞擊車?yán)镅刨e斯克地區(qū)的小行星能量約為26.6萬噸TNT炸藥爆炸能量。當(dāng)然，這些小行星可能并非都是巖石性質(zhì)，有些可能是彗星冰質(zhì)，這樣撞擊能量雖然會(huì)有所降低，但破壞力依然巨大。

許多專家分析認(rèn)為，導(dǎo)致通古斯大爆炸的就有可能是一顆二十幾米的彗星，在還沒到地面的上空就爆炸蒸發(fā)了，即便這樣，其能量也達(dá)到20萬噸以上的TNT當(dāng)量，空中爆炸的沖擊波威力更大，因此摧毀了幾千平方公里的樹木。

而有的專家們認(rèn)為撞擊車?yán)镅刨e斯克地區(qū)的那顆小行星，真實(shí)的爆炸能量達(dá)到45萬噸TNT當(dāng)量，相當(dāng)于30顆廣島原子彈同時(shí)爆炸威力，才導(dǎo)致沖擊波影響了數(shù)千平方公里，7000多棟房屋受損、玻璃被震碎，1500人受傷的后果。

這就是小行星撞擊為什么能夠造成毀滅性災(zāi)難的原因。

小行星撞擊的概率和防范措施/

在太陽系空間飛行的小行星有無數(shù)顆，小行星由于很小，遠(yuǎn)了就看不見，因此絕大多數(shù)就看不到，只有距離比較近的一些才能夠被發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在已經(jīng)被確認(rèn)的小行星就有120多萬顆，其中57%已經(jīng)有正式編號(hào)，已知大于4公里的小行星有數(shù)百顆，大于1公里的有2000多顆。

在這些小行星中，對(duì)人類威脅最大的是近地小行星，就是其運(yùn)行軌道與地球軌道相交的小行星，這類小行星現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的有25000余顆，其中對(duì)地球具有潛在威脅的有2200余顆。近地小行星中1公里以上的就有500多顆，任何一顆撞擊地球，都會(huì)帶來毀滅性的災(zāi)難。

這些小行星撞擊地球的概率有多大呢？天文學(xué)家們通過科學(xué)建模，得到的數(shù)據(jù)是：直徑大于1公里的小行星撞擊地球的概率為10萬年1次；直徑10米的小天體撞擊地球的概率為3000年一次。

許多科學(xué)家認(rèn)為，小行星撞擊的風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重被低估。事實(shí)上我們也看到，直徑10米的小行星在近百年來就已經(jīng)發(fā)生過很多次了。根據(jù)NASA公布通過傳感器收集的數(shù)據(jù)，從1988年到現(xiàn)在，全球發(fā)生的火球事件（小行星碎片撞入大氣層燃燒）已經(jīng)有上千起。

而1公里以上的小行星撞擊地球已經(jīng)過去6500萬年了，因此受到這種較大小行星撞擊的概率就會(huì)越來越大。早在上個(gè)世紀(jì)，科學(xué)界就開始高度重視小行星撞擊的防范，最早提出這個(gè)課題的是麻省理工學(xué)院的教授們，將這個(gè)問題作為課題提供給課堂的學(xué)生。

聯(lián)合國于2008年成立了預(yù)警和監(jiān)測(cè)小行星的組織，叫太空探險(xiǎn)家聯(lián)合會(huì)；2013年，正式創(chuàng)建了專門應(yīng)對(duì)小行星危害的“國際小行星預(yù)警小組”。別看只是一個(gè)小組，卻是由全世界各地科學(xué)家、天文臺(tái)和空間機(jī)構(gòu)聯(lián)合組成，其可調(diào)動(dòng)力量十分龐大。

但幾十年來，對(duì)于小行星的防范一直停留在監(jiān)視上，甚至有時(shí)候防不勝防。比如2019年7月25日，一顆后來命名為2019 OK的小行星與地球擦肩而過，直到掠過地球的前一個(gè)小時(shí)才發(fā)現(xiàn)，這顆小行星大小在57米*130米，如果撞上地球會(huì)毀滅一個(gè)州！

因此，監(jiān)測(cè)還需要大大加強(qiáng)，且發(fā)現(xiàn)得越早，才能起到越大的防范作用。但如何避免6500年前那種毀滅性撞擊，讓人類得以更久遠(yuǎn)地延續(xù)呢？科學(xué)家們已經(jīng)設(shè)想了很多辦法，如動(dòng)能撞擊、引力拖曳、核彈爆破等等，目的就是讓小行星偏離軌道，不要撞上地球。

遺憾的是，迄今為止還沒有找到一個(gè)切實(shí)可行的方法，因?yàn)樵诘厍蛏鲜菦]法驗(yàn)證這種理論的，必須找到一顆真正的小行星來試驗(yàn)?？茖W(xué)界一直在持續(xù)不懈的努力，NASA依然走在前面，17年前的“炮轟”彗星試驗(yàn)就是一次嘗試。

而在今年的9月份，NASA將再次上演一場(chǎng)撞擊大戲，這次撞擊的對(duì)象是一個(gè)叫“迪蒂莫斯”的雙小行星系統(tǒng)，撞擊的“大炮”早已出發(fā)。

今年的小行星撞擊大戲如何上演/

這場(chǎng)戲在2021年就已經(jīng)拉開了序幕，北京時(shí)間11月24日14點(diǎn)20分，一顆被命名為“DART”的航天器從美國范登堡基地發(fā)射成功，朝著一顆叫“迪蒂莫斯”的雙小行星系統(tǒng)飛去。這艘航天器的尺寸為1.8*1.9*2.6米，發(fā)射質(zhì)量為610公斤。

這次任務(wù)稱為“雙小行星重定向測(cè)試”，主角就是“DART”航天器，其任務(wù)只有一個(gè)，就是追上“迪蒂莫斯”，然后一頭撞上其中較小的那顆小行星，以身殉職獲得一系列數(shù)據(jù)。它是又一個(gè)為人類能夠活得更長久而獻(xiàn)身的AI，人類未來的忠烈祠里應(yīng)該給“DART”留一個(gè)位置。

“迪蒂莫斯”雙小行星的主星就叫Didymos，平均直徑約780米，2.26小時(shí)自轉(zhuǎn)一周；次星叫Dimorphos，直徑約160米，11.9個(gè)小時(shí)圍繞著主星轉(zhuǎn)一圈，兩星相隔約1公里。這顆小行星軌道在可預(yù)見的未來對(duì)地球并沒有什么威脅，但近地點(diǎn)距離又不太遠(yuǎn)，因此正好用來進(jìn)行撞擊試驗(yàn)。

“DART”的任務(wù)就是撞向次星，撞擊時(shí)質(zhì)量還剩余550公斤，速度為6.6公里，撞擊的能量可達(dá)到5.7噸TNT當(dāng)量。這次撞擊被認(rèn)為是人類歷史上第一次嘗試挑戰(zhàn)偏轉(zhuǎn)小行星軌道，科學(xué)家們形容這次撞擊有點(diǎn)像用一輛高爾夫球車，撞擊一個(gè)裝滿石頭的足球場(chǎng)。

預(yù)計(jì)撞擊會(huì)在小行星表面形成一個(gè)10米的撞擊坑，并讓其公轉(zhuǎn)速度改變1%左右，周期縮短約10分鐘，從而導(dǎo)致雙小行星整體改變其運(yùn)行軌跡，實(shí)現(xiàn)“重定向”。2005年的撞擊在彗星上形成了一個(gè)半徑30米的坑，相比之下這次撞擊只能形成10米直徑的坑，說明這顆小行星密度比彗星大多了。

通過對(duì)撞擊效果的觀測(cè)和計(jì)算，將會(huì)得到許多寶貴的數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)分析，就能夠得到未來小行星朝我們奔來時(shí)，采用多大力量能夠偏轉(zhuǎn)其軌道，讓地球躲過一劫。這可能是目前解決小行星撞擊威脅最直接有效的辦法，如能夠成功，則為人類之大幸。

這項(xiàng)計(jì)劃早在10年前的2012年就開始醞釀了，原定是由美國NASA和歐空局合作完成，NASA負(fù)責(zé)撞擊，歐空局負(fù)責(zé)探測(cè)觀察，通過先發(fā)送一艘探測(cè)器到達(dá)“迪蒂莫斯”附近，研究小行星表面物理特性、地質(zhì)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，隨后等撞擊發(fā)生后，再觀測(cè)撞擊后的情況，得到前后更精確的對(duì)比。

但任務(wù)難度很大，何況還有資金困難，任務(wù)進(jìn)行到中途歐空局無力堅(jiān)持下去，由此停了下來。不過后來歐空局又撿起了這個(gè)計(jì)劃，只是另行設(shè)計(jì)了一個(gè)更小型叫“赫拉”的探測(cè)器，預(yù)計(jì)要到2026年發(fā)射，屆時(shí)前往追蹤“迪蒂莫斯”，評(píng)估DART撞擊的影響。

為了更好地觀測(cè)撞擊過程和結(jié)果，DART航天器隨身攜帶了一個(gè)叫“LICIA”的小立方衛(wèi)星，會(huì)在撞擊前10天釋放出來。這顆衛(wèi)星由意大利提供，上面配備了兩臺(tái)相機(jī)，其中一臺(tái)叫“LEIA”的高分辨率黑白相機(jī)，可在撞擊時(shí)拍攝小行星表面高清黑白圖像，讓科學(xué)家查看分析產(chǎn)生的羽流和碎片；另一臺(tái)叫“LUKE”的相機(jī)，可捕捉彩色光譜圖像，讓小行星的地形更清晰。

現(xiàn)在，“迪蒂莫斯”正在朝著地球飛來，將會(huì)在今年9月26日到10月1日期間最接近地球，屆時(shí)距離地球不到1100萬公里，“DART”將與其會(huì)合，擇機(jī)完成舍身一撞?！癓ICIA”衛(wèi)星會(huì)將撞擊實(shí)況傳送到地球，以光速傳輸?shù)碾娦盘?hào)路途需要三十多秒鐘；除此之外，布置在地球表面和空間的望遠(yuǎn)鏡，也會(huì)對(duì)準(zhǔn)這組小行星進(jìn)行觀測(cè)。

據(jù)悉，這次撞擊大戲開演時(shí)會(huì)向全球直播，我們能有幸看到這次人類制造的太空奇觀嗎？拭目以待。對(duì)此有興趣的朋友可鎖定9月26日到10月1日這個(gè)時(shí)間段，你會(huì)收看嗎？歡迎討論，感謝閱讀。

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