NASA首個行星防禦任務：撞擊小行星！

一種新的方法能夠減弱小行星以及彗星撞擊帶來的破壞，或者確保具有威脅的物體在一開始就不會撞擊地球。

撰文|Philip Lubin， Alexander Cohen

翻譯|先雨

審校|殷姝雅 王昱

2029年4月13日，寬370米的阿波菲斯小行星預計將經過地球，屆時它與地球的距離甚至有可能會小於地球同步衛星與地球的距離，而我們距那一天的到來僅有不到8年的時間。儘管時間似乎非常緊迫，幸運的是阿波菲斯至少在這一次並不會撞擊地球（根據阿波菲斯的運行週期，它還將在2036年，2051年，2066年等等經過地球）。2029年的阿波菲斯的運行軌道剛好擦過地球，就像是一顆子彈擦過頭髮一樣，唯一不同的是這顆“子彈”能夠產生的衝擊能量相當於全世界所有核武器的能量之和。

這樣危險的會合發生頻率卻極高。在2054年9月30日以及2060年9月23日，體積更大、攜帶更多能量、寬500米的貝努小行星預計將近距離掠過地球。NASA的OSIRIS-Rex太空飛船在最近纔剛前往過貝努小行星。

小行星貝努和阿波菲斯都還沒有大到能夠對人類的生存造成威脅。如果它們撞擊地球，城市和環境都會遭到破壞，但這場災難還不至於像6600萬年前地球被寬1萬米的小行星撞擊使恐龍滅絕那樣使人類走向滅絕。然而，這些小行星確實令人十分擔憂，因爲未來越遙遠，我們就越難確定某一個小行星是否會導致災難性的撞擊事件。小行星貝努和阿波菲斯都構成了所謂的“引力鎖眼”威脅，它們有可能穿過地球附近某一狹小的特殊區域，在這一區域中，地球的引力會改變小行星的運行軌道使其撞向地球。簡而言之，這些小行星具有的威脅是長期且模糊的，我們很容易被它的潛伏性所欺騙，錯誤地以爲這些實質的風險其實是遙遠的。

我們並非只能向這令人焦慮的現狀妥協，我們應該考慮制定B計劃。

最後的防線

我們目前的行星防禦措施可以總結爲，積極地相信壞事都不會在近期發生，期待它發生的時候我們已經能找到對策了。我們現在主要依賴“態勢感知”來確定威脅。這一方法是必需的，但還不足以保護地球不受小行星撞擊的傷害。而下一標準步驟——偏轉潛在威脅物防止其撞擊地球，也有着它自己的問題。最主要的問題是成功改變物體的運行軌道需要提早幾年進行干預。按照這一模式，等到科學家們發現小行星即將撞上地球的時侯，我們的防禦機制已經對它無可奈何了。

好在我們還有另一種方法能夠顯著提高地球的自衛能力。

這一方法的基本原理十分簡單。想象一下，你正在玩一個危險的運氣遊戲，必須在兩扇門間做出選擇。打開第一扇門會有一架500千克的鋼琴從1千米的高空落下來，而打開第二扇門會有500千克的泡沫球從相同的高度落下。你會怎麼選擇？如果你是個漫畫人物，你可能會選第一扇門，但是一位科普文章的讀者則會選擇第二扇門。爲什麼呢？兩者都有着相同的質量、相同的勢能，但是直覺告訴我們大量的泡沫球並不會造成和鋼琴同等的傷害。將質量分散到各個小塊能夠確保每一個小塊攜帶的能量要小得多，同時也能夠讓大氣更有效地降低每一個小塊的降落速度。這就是研究人員所提出的行星防禦方法的一個形象類比，他們稱這一方法爲“PI”（讀作π），意思是“粉碎它”。

這一方法的本質是將所有具有威脅性的小行星擊碎成直徑小於10米的碎塊。這一方法得以實現是因爲小行星的引力較小，因此較爲容易解體、分散。依靠現在的發射系統和相關技術，除了直徑大於1千米的小行星，所有的小行星都可以被從地球以及太空發射的非核攔截彈擊碎。而對於更大的威脅，我們可以用相同的系統發射小型核穿甲彈。

一旦小行星被擊碎，地球大氣就能夠有效地將撞擊物所攜帶的能量轉化爲熱能、聲能以及光能，就像防彈背心吸收鉛彈的能量一樣。研究人員分析發現，這一方法能夠顯著降低逼近地球小行星的威脅。有了這一系統，2013年2月在俄羅斯車里雅賓斯克上空解體的寬20米的小行星完全能夠在撞擊發生前100秒被攔截下來，而通古斯撞擊中的寬50米的小行星則需要在撞擊發生前大約5小時進行攔截。阿波菲斯大小的小行星需要在其撞擊地球前10天進行干預，而貝努大小的小行星則需要提前20天。相比於偏轉軌道所需要的時間，對小行星進行攔截所需要的時間已經是非常短的了。如果攔截彈足夠強大，這一時間還可以再縮短。

當然，聰明的諸位可能已經意識到，這並不是故事的全部。之前提到的車里雅賓斯克和通古斯撞擊事件中，小行星都是在空中爆炸，而周圍的建築和自然環境都遭到了巨大的破壞。這一破壞主要是由小行星在大氣中解體時釋放出的爆炸聲波造成的。

PI方法並不能阻止小行星在空中爆炸，但是如果能夠在小行星進入大氣前將其粉碎，那麼產生的小碎塊就會被分散到更大的區域，每一個碎塊產生的爆炸波會弱得多，到達地表的時間也會錯開。然而，就像穿着防彈背心仍然會感到疼痛、出現淤青一樣，小行星的碎塊在空中爆炸產生的衝擊聲波、閃光和熱量依然會對地面造成一定的傷害。但相比之下，這種傷害已經輕微得多了。在類似車里雅賓斯克撞擊的事件中，人們只會聽到一連串的爆炸聲，看到一連串的閃光，就像看一場聲光秀一樣，過後發現幾扇被震碎的玻璃，而不是發現這場災難讓這個城市、這個地區甚至這個國家淪爲廢墟。

展示和檢測

儘管這一系統能夠利用現有的科技和發射系統，它的研發仍然需要大量的投資。簡單說來就是這一項燒錢的工程。但即便如此，投資這一系統也是十分划算的，畢竟如果無法避免小行星撞擊，世界將遭受無法估量的損失。

除此以外，該系統還能夠讓我們更靈活地處理現在以及未來可預知的撞擊威脅。就像控制疫情需要進行大規模的疫苗接種活動一樣，PI方法針對的對象也包括那些不會立馬構成威脅，但在途徑地球的時候具有一定風險的小行星。雖然這一方法似乎有些爭議，但其實它與我們日常生活中進行風險管控的方法相差無幾。我們能夠在阿波菲斯、貝努等小行星靠近地球的時候就消除風險，而不用等到緊急事件真正完全爆發的時候。我們有這個能力做到，而至於我們究竟是否採取行動不再僅僅取決於技術，而是取決於政策、合作以及共識。在這一領域的國際合作能夠惠及整個地球，就像現在全球共同應對氣候危機以及疫情一樣，我們也應該共同解決小行星撞擊危機。

藉助不比洲際彈道導彈攔截彈大多少的小型火箭，我們可以消除類似車里雅賓斯克撞擊的威脅。而對於阿波菲斯或貝努小行星大小的威脅，我們則需要用到NASA即將建成的太空發射系統、太空探索技術公司的星艦火箭，或者攜帶用於在月球上空進行快速運輸的高速火箭上級的更小型飛行器。爲了增加成功的概率，我們可以使用多個攔截彈。未來的行星防禦系統可能會在地球周圍、月球表面或者月球附近部署隨時待命的快速應對裝置。這樣行星防禦系統就和現在的國家導彈防禦系統一樣了。

PI方法有一套自己的測試邏輯，從地面上小行星實物模型測試，到太空中合成目標測試，再到對小型、威脅較小的小行星進行測試。除此以外，還有在打擊目標之前進行的確認目標的操練。

然而，我們只能降低可預測的風險。NASA以及其他航天局十分擅長尋找並追蹤構成巨大威脅的小行星，但目前都僅限於那些比阿波菲斯大的小行星。還有許多威脅較小的小行星無法檢測到，就像2013年在車里雅賓斯克上空爆炸的小行星一樣。如果沒有獨立研發的合適的“早期警示系統”，PI和其他行星防禦方法的效果就會大打折扣。PI方法只是解決這一緊急問題的一環，爲了保護地球，我們應該睜大眼睛，望向太空。

原文鏈接：

https：//www.scientificamerican.com/article/planetary-defense-is-good-but-is-planetary-offense-better/

本文轉自《環球科學》