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原标题:小行星来袭预防有招儿

   新闻背景

北京时间10月12日13时40分,颇受关注的小行星2012TC4从南极洲上空掠过了地球,和地球的最近距离只有大约4.2万公里,相当于地月距离的1/11,只是略高于地球通信卫星的轨道。很幸运,这颗小行星并不大,与一座民房差不多,不会给地球带来任何威胁。

而稍早之前的中秋夜,我国云南省多地看到的“火流星”空爆事件也引起广泛关注。

小行星撞击地球引发的巨大灾害,不只是科幻电影和小说中的情节,更是现实的威胁。经过全世界的科学家们长期观测,目前已经确认了约1.8万个轨道可能与地球接近的天体,其中约1800颗被认为具有潜在的危险性。如果某天,某个小行星真的朝地球撞击而来,人类又该如何防御呢?

1 最有效:核爆炸

仅有30天预警时间的紧急情况下也能行

核弹是目前人类掌握的威力最大的武器。对于防御小行星来说,向小行星发射核弹是目前最有效的方式。

美国爱荷华州立大学设计了一种名叫“超高速小行星截击器”(HAIV)的小行星核爆装置。HAIV由前部的引导器和后部的跟随器组成,核弹安装在跟随器上。HAIV在向小行星发起攻击时,首先由引导器上的相机和激光雷达进行探测,确认拦截位置。之后,在引导器和跟随器之间展开一个10米长的桅杆,将两个装置分开一定距离。引导器首先与小行星接触,在小行星表面撞击出一个浅坑。跟随器随后进入浅坑中引爆核弹。核爆炸将使小行星碎裂成较小的碎片,在与地球大气层的摩擦中燃烧殆尽,从而消除小行星对地球的威胁。相比于简单粗暴的直接在小行星表面引爆核弹,这种浅坑引爆的方式可以使核弹释放的能量更多地被小行星吸收,同时引发震荡波增强核爆威力,从而更有效地改变小行星的轨道,甚至将其摧毁。试验表明,当核爆发生的浅坑深度达到3米时,摧毁同样物体所需要的能量可以减少15%到25%。这种方式可以用来应对任何体积的小行星。

在2014年美国航天局的学术会议上,该项目的研究者表示,在仅有30天预警时间的极端紧急情况下,他们也有信心使用这种装置摧毁一个300米直径的小行星。

在小行星上的浅坑引爆核弹的方式也存在着一些风险。有些小行星是由几块大岩石松散构成的,小行星的整体结构由岩石之间的引力维系。在这种小行星上引爆核弹,可能不会将小行星炸裂成小的碎片,而只能让这几块岩石分离,将撞向地球的一个危险天体变成好几个危险天体。

为了克服这个问题,科学家们又提出了在小行星附近引爆核弹的方式。在这种方式中,核弹并不直接对小行星产生破坏,而是利用核爆的X射线和中子流在小行星表面产生高温。当小行星表面的物质被高温蒸发后,就会从小行星表面喷射出来,推动小行星向喷射的反方向移动,从而使小行星偏离原来的轨道,避免与地球撞击。

美国航天局曾经以直径为300米的小行星99942为“假想敌”,进行了一次在小行星附近引爆核弹的“兵棋推演”。他们手中的武器是1200万吨TNT爆炸当量的美国B83型核弹。六枚B83型核弹被装载到为其特别定制的飞船中,由推力巨大的“战神5”型火箭发射升空,到达距离小行星99942大约100米的位置后逐个引爆。计算表明,如果能够提前2-5年对小行星撞击进行预报,这种方式可以有效地改变体积较大的小行星的轨道。

2 最成熟:动能撞击

预警时间6-12个月的小行星没问题

一个物体在被另一个物体撞击时,其速度的大小和方向都会发生变化。台球、冰壶等体育项目,就是应用这个物理原理开展的。对于防御小行星来说,我们同样可以利用飞行器撞击的方式改变其原有的轨道。

精确撞击小行星的技术已经在美国航天局的“深度撞击”任务中得到了验证。2005年7月4日,深度撞击任务探测器飞临“坦普尔1号”彗星的彗核附近,将一个重约370千克的铜制撞击器射向“坦普尔1号”彗星。撞击器以10公里/秒的速度击中了彗核,撞击点精度达1米。之后,美国航天局使用哈勃太空望远镜和钱德拉太空望远镜对这颗彗星进行了持续观测。通过分析观测数据,科学家们发现此次撞击的威力相当于4.5吨TNT炸药爆炸,使彗星的轨道参数在3年内变化了大约10公里。

除了美国航天局外,欧空局也在积极开展与小行星撞击的研究。例如,欧空局的AIDA项目,计划发射一艘探测飞船和一艘撞击飞船到65803号小行星附近。65803号小行星实际上是由一颗直径800米的小行星和一颗环绕小行星运动的天然卫星组成的小行星系统。AIDA项目中,撞击飞船将撞击小行星系统中的天然卫星,探测飞船将同时观测这次撞击对卫星和小行星的影响。

动能撞击方式技术简单、成熟度高,在紧急情况下,还可以把现有的飞船应急改装成撞击器执行撞击任务。对于体积不大的小行星,即便预警时间只有6-12个月,也可以通过连续发射多个撞击器接连撞击小行星的方式来让小行星避开地球。对于体积较大的小行星,应用动能撞击技术至少需要10年的预警时间。

3 脑洞大开的其他方式

引力牵引、表面钻井、太阳帆……

除了以上介绍的两种主要方式外,科学家们和工程师们还有其他诸多让小行星改道的设想。

在欧盟开展的NEO-Shield计划中,科学家们提出使用“引力牵引”的方式来改变小行星的轨道。在实施这种方式时,将发射飞船到小行星附近运行,通过飞船与小行星间的万有引力对小行星施加一个稳定的力,从而改变小行星的轨道。这种方式不需要考虑小行星是否松散、转动情况如何,几乎通吃所有的小行星。但是这种方式需要较长的时间来明显改变小行星的轨道,因此需要较早发现小行星对地球的威胁。同时,飞船长期在小行星附近运行,对飞船本身的可靠性也有很高要求。

也有科学家设想到小行星表面钻井,将小行星本身的物质抛射到太空中,利用抛射产生的反作用力改变小行星的轨道。在他们的方案里,将发射一个或多个以核能驱动的飞船到小行星表面着陆,进行钻探工作。这些飞船着陆后,会连续地钻取网球大小的物质,并将它们以100米/秒的速度抛射到太空中。由于核能的高效性,携带重量不大的核燃料就能保证钻探工作持续数月甚至数年,同时降低了发射难度。如果预警时间充足,这种方式可能是防御大型小行星的重要方案。

太阳除了给我们光和热外,太阳光照射到物体上时,还会对物体产生压力。目前,利用太阳光压来提供星际远航动力的太阳帆研究正在蓬勃开展之中。有科学家由此认为,可以在小行星附近架设一张巨大的太阳帆,利用太阳帆产生的动力将小行星拖离轨道。但是这种设备可能昂贵而复杂,效费比不如其他方式高。同时,对于处在自传或滚动状态的小行星,这种方法就基本上无法实施了。

延伸阅读

小行星监测网日益严密

无论实施哪种防御方式,尽早发现对地球产生确定威胁的小行星并对它们的轨道进行准确预报,是有效实施防御的基础。越早发现有威胁的小行星,人类就能越从容地从当前的技术手段中挑选最优的一种或几种来实施。

上世纪90年代,各国航天和天文研究机构联合成立了国际小行星监测网,开始对可能与地球接近的小行星进行普查式的寻天观测。美国国家航空航天局所属的阿雷西博(Arecibo)射电望远镜、欧空局发射的红外空间观测平台(Infrared Space Observatory)、中国科学院紫金山天文台盱眙观测站等仪器都在日夜监测着太空中的不速之客。

而对日前飞掠地球的2012 TC4小行星,由于已经准确确定了其轨道,科学家们并不对它的造访感到紧张,反而利用这次机会测试了国际间联合探测和追踪小行星的能力。

作者:李会超返回搜狐,查看更多

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