迎擊小行星：地球“防撞”預案

文·圖/李偉

每天有40—100顆太空物體飛向地球，其中不乏直徑達數米的“大家伙”。人類對于“小行星撞擊地球”的擔憂從未停止。那么，我們有完善的防范預案嗎？

9月27日，美國航空航天局（NASA）發射的DART（雙小行星定向測試）航天器，在以高超音速穿出太陽系后撞擊了一顆小行星。據英國路透社報道，這是地球“防撞”預案的首次“實戰演習”。

人類首次嘗試改變天體運行

DART于2021年11月由SpaceX火箭發射升空，在NASA專家的遙控指引下飛出太陽系，奔向目標。它的最終任務是“自殺式”撞擊小行星——這是人類首次嘗試改變天體的運行方式。

位于美國馬里蘭州勞雷爾的約翰斯·霍普金斯大學應用物理實驗室（APL）任務操作中心，對這次撞擊實驗進行了實時監控。

DART自帶的照相機拍攝的圖像顯示，撞擊器呈立方體形狀，帶有兩個矩形太陽能電池陣列，與自動售貨機大小相當。它在距離地球約1100萬公里處撞擊了名為迪莫弗斯的小行星。該小行星的截面相當于一個足球場大小。

迪莫弗斯小行星逐漸充滿了NASA直播現場的屏幕。控制室中的工程師們一齊歡呼起來，因為這說明飛行器已成功擊中迪莫弗斯小行星。

DART是否完成了預定的撞擊任務，目前還不得而知，要等到對目標小行星進行進一步的觀測才會有結果。NASA表示對此次撞擊實驗很滿意，因為“航天器一直按照預定方案運行”。

“定向核爆破”

DART進行的實驗，旨在確定航天器是否能夠利用動能改變小行星的運行狀態，使其偏離軌道——這是地球“防撞”預案的一部分。對于完整的預案來說，首先須建立保護地球的預警系統。如果發現有體積、質量較大的小行星威脅地球，那么就通過高空偵察機及太空觀測站確定它的飛行軌跡、形狀和基本成分，再考慮發射武器將它摧毀，至少要令其分解，以降低威脅。

在太空中建立觀測站，能夠提前發現可能與地球相撞的危險天體。近地軌道上的航天器加裝光電儀器后，就可以作為太空觀測站，其工作效能優于地球上的觀測站。為此，NASA計劃向太空中發射觀測平臺，其搭載的望遠鏡能觀測到從太陽方向逼近地球的小行星。

除了美國，俄羅斯也在開展類似的工作。俄羅斯拉沃奇金科學生產聯合體、閃電科學生產聯合體等多家單位聯合組建了“地球保護中心”。該中心負責人阿納托利·扎伊采夫表示，俄政府將投入足夠的資金，支持“地球保護中心”建成防護系統，保護地球免遭小行星的撞擊。

俄羅斯研究人員設想了多種方法。例如，為盡早發現可能對地球構成威脅的小行星，可在近地軌道上部署8顆以上的衛星，每顆衛星都搭載激光探測器，能夠從各個角度“監視”來襲的小行星；利用航天器牽引小行星，使其偏離原來的軌道。不過，這種工程需要設計建造攜帶大量燃料的航天器，難度較大。

英國《新科學家》雜志對防范小行星的預案進行了梳理歸納。

為確保在緊急情況下能夠成功摧毀來襲的小行星，擔任發射任務的運載火箭要在速度和載荷上達到較高的標準。目前美國、中國和俄羅斯的一些運載火箭都符合要求。運載火箭在進入發射架之后，要在1小時內完成發射準備工作。1小時后，同一個發射架要能夠發射第二枚火箭。

擊毀小行星的最佳手段是“定向核爆破”。火箭可搭載1—2噸重的核爆炸裝置，其威力達到150萬噸TNT炸藥當量，足以讓直徑數百米的小行星“粉身碎骨”。如果能讓幾個攜帶核爆裝置的航天器在近地軌道上對接在一起，那么就能應對體積和重量更大的小行星。

《新科學家》指出，利用“定向核爆破”迎擊小行星，可采取以下5個步驟：

第一步，在較短的時間內調用核武器及運載火箭，對小行星實施遠距離爆破，改變其運行軌道；第二步，如果遠距離爆破達不到預期效果，那么就在小行星飛近地球后實施近距離爆破，將它炸成碎塊；第三步，如果爆炸的威力不夠大，小行星碎塊仍能對地球構成威脅，那么就發射太陽帆將它們推離飛行軌道；第四步，如果太陽帆對小行星碎塊產生的推力有限，無法將它們推離地球，則須再發射導彈，對較大的小行星碎塊實施爆破，將它們粉碎成更小的碎片；第五步，利用地球天然的保護層——大氣層，最后一批小行星碎片將在穿越大氣層時燒毀，不會對地球構成威脅。

“核爆破”也有一些缺點，比如有小塊隕石在穿越大氣層后“幸存”下來，仍將威脅地球。所以，人類的遠期目標是利用太空激光技術使小行星偏離軌道。目前的激光技術只能鎖定相當于“地日間距”十分之一的太空目標。科學家將力求把探測距離延長到“地日間距”，屆時研究人員就可以分析遠處小行星的形狀和成分，并找出使其遠離地球的方法。

15年來的5位“訪客”

也許有人認為，擔憂小行星撞擊地球是杞人憂天。其實不然。

每天有40—100顆太空物體飛向地球，其中95%以上都是非常細小的“太空顆粒”。它們會在離地數十公里的高空分解。不過，也有一些“大家伙”飛向地球。自2008年起，得益于小行星觀測技術的發展，人類成功觀測到5顆飛向地球的小行星：編號“2008TC-1”，直徑4米，爆炸當量約為2100噸TNT；編號“2014AA-2”，直徑3米，爆炸當量約為1000噸TNT；編號“2018LA-3”，直徑3米，爆炸當量約為1400噸TNT；編號“2019MO-4”，直徑6米，爆炸當量約為6000噸TNT；編號“2022EB-5”，直徑2米，爆炸當量約為2000噸TNT。

從編號可知上述小行星飛抵地球的年份。其中最新的“訪客”是“2022EB-5”，其主體于格林威治時間2022年3月11日21時24分墜落于冰島東北部。冰島、格陵蘭島、挪威的觀測記錄儀均檢測到明顯的撞擊，其產生的能量相當于一次4.0級地震。

《新科學家》指出，保護地球免遭小行星撞擊，任何國家都無法獨立完成所有工作。太陽帆、太空激光發射器等設備的研發和部署任重道遠，需要廣泛的國際合作。報道呼吁各航天大國建立“國際反應小組”，在防御小行星撞擊時通力合作，統一進行資源調配，尤其是探討如何合理地使用核武器，這樣才能徹底消除地球遭小行星撞擊的可能性。