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行星防御:人类如何应对小行星撞击威胁?

2026-06-29 22:20 Govert Schilling Scientific American 阅读 0
核心摘要: 近期,美国马萨诸塞州流星体事件和小行星2026 JH2近距离飞掠地球,再次严峻警示人类,太阳系并非一片宁静,而是充满潜在威胁的天体靶场。英国著名物理学家史蒂芬·霍金曾明确指出,宇宙

行星防御:人类如何应对小行星撞击威胁?

我们的太阳系是一个充满高速飞行物体的“天体靶场”,这些物体随时可能威胁到地球。那么,人类究竟能做些什么来保护我们的家园呢?

今年5月下旬,美国马萨诸塞州及周边地区的居民在光天化日之下目睹了一道耀眼的闪光,随后是两声震耳欲聋的音爆,震动了窗户,摇晃了房屋,并引发了大量911报警电话。一些人以为发生了地震,另一些人则认为是雷声、爆炸或军事飞行。然而,这场骚动的真正源头来自地球之外——一个直径约1.5米、重如大象的小型流星体,以每小时42,000英里的惊人速度进入大气层,随后在地面上方数十英里处解体。这次空中爆炸释放的冲击波能量相当于230至300吨TNT炸药,任何幸存的碎片很可能落入了科德角湾。

这一事件迅速吸引了美国公众的关注,尤其是在“阿尔忒弥斯二号”任务成功后,人们对太空的热情空前高涨。然而,它也再次严峻地提醒我们,太空并非如我们想象的那般平静或空旷。相反,我们的太阳系是一个名副其实的“天体靶场”,充斥着各种高速飞行的抛射物——不仅是流星体,还有彗星、小行星等更大的宇宙碎片,而地球正处于它们的“射击线”上。例如,今年5月早些时候,新发现的小行星2026 JH2(估计直径在15到35米之间)以“仅仅”56,000英里的距离掠过地球。如果它当时处于撞击轨道,将轻而易举地摧毁一座大城市。

但即使是这样的灾难,也并非人类最糟糕的噩梦。毕竟,有些“宇宙巨人”比2026 JH2要大得多——大到足以摧毁整个国家甚至大陆。英国物理学家史蒂芬·霍金曾认为,宇宙撞击是人类面临的最大威胁之一,其严重性远超任何全球性流行病或地球上的自然灾害。问题不在于我们“是否”会遭受直接撞击,而在于“何时”会发生。

不幸的是,面对直径数英里、极其罕见的巨大小行星,人类将束手无策。与恐龙不同,我们或许能提前发现像6600万年前撞击地球的那颗直径约10公里的小行星的到来。然而,阻止它或偏转其轨道是根本不可能的:这就像试图用乒乓球去阻止一辆迎面而来的卡车。尽管我们已经发现了绝大多数直径超过约1公里(三分之二英里)的近地天体(NEOs),并且确认它们目前都没有与地球相撞的危险,但天文学家仍有可能在下周发现一颗巨大的彗星,并预测它将在几年内撞击地球。届时,我们依然无能为力。

如果我们确实希望保护自己免受宇宙撞击,我们需要将重点放在中等大小的天体上,其直径范围大约在100码到半英里之间。这类天体数量相对较多,并且很容易造成数千万人的伤亡。平均每10万年,地球就会被一颗直径约400码的小行星撞击一次。如果撞击发生在欧洲,像法国这样的国家将从地图上彻底消失,整个欧洲大陆将变成一个难以想象的灾区。理论上,这种撞击是可以预防的,因此我们不探索预防的可能性将是愚蠢的。

新泽西州普林斯顿高等研究院的荷兰天体物理学家皮特·胡特(Piet Hut)也持有相同的看法。在1998年好莱坞大片《天地大冲撞》和《世界末日》让公众首次直面小行星撞击的可能性几年后,胡特组织了一次研讨会,探讨如何避免这类末日情景。一年后,即2002年10月,他与一位天文学家和两位前宇航员共同创立了B612基金会——一个旨在研究如何偏转接近地球天体的私人非营利基金会。

十年前,该基金会曾雄心勃勃地计划发射一颗名为“哨兵”(Sentinel)的卫星,用于搜索潜在危险的小行星。尽管该项目因资金不足而取消,但B612基金会仍然是行星防御技术严肃研究的主要倡导者之一。

与此同时,NASA和欧洲空间局(ESA)等政府组织也并未袖手旁观。NASA设有自己的行星防御协调办公室(Planetary Defense Coordination Office),而ESA则投资了NEOShield和NEOShield-2这两个由欧盟资助的研究项目,旨在研究最可行的小行星偏转方法。美国国家科学技术委员会也制定了自己的《国家近地天体防备战略》(National Near-Earth Object Preparedness Strategy)。甚至在联合国和平利用外层空间委员会(COPUOS)内部,也设有一个行动小组专门应对宇宙撞击的威胁。除了其自身的国际小行星预警网络(International Asteroid Warning Network),联合国现在还拥有一个空间任务规划咨询小组(Space Mission Planning Advisory Group)。

毋庸置疑,目前正在召开许多会议,讨论如何保护人类免受宇宙的“攻击”。

我们将如何保护地球?

在保护地球免受致命撞击方面,目前有许多想法正在考虑之中,其中不乏好主意,也有糟糕甚至非常糟糕的方案。

例如,像电影《世界末日》中那样,用原子弹炸毁小行星并非明智之举。这是“氢弹之父”爱德华·泰勒(Edward Teller)很久以前提出的一个选项,但它根本无济于事。爆炸产生的无数碎片仍会以大致相同的方向和原始高速在太阳系中移动。结果是,地球将不得不承受一系列较小的撞击,而非一次大的撞击,并带来所有随之而来的后果。

一个更实际的解决方案是稍微偏转接近地球的天体,使其擦肩而过而非直接撞击。特别是如果能提前数年预见到撞击,一个微小的推动就足以避免灾难。当天文学家发现直径约335米(1100英尺)的近地天体“阿波菲斯”(Apophis)时,它一度看起来将在2029年对地球造成严重破坏。科学家们当时计算出,即使是每秒几微米的微小速度变化,也足以阻止这场预期的灾难。幸运的是,对于“阿波菲斯”而言,无需进行干预:这颗小行星将在2029年4月13日安全地以约32,000公里(20,000英里)的距离飞掠地球。

尽管如此,NASA最近还是成功执行了首次有意的小行星偏转测试:2022年9月,DART(双小行星重定向测试)探测器故意撞击了直径约160米(525英尺)的小行星“迪莫弗斯”(Dimorphos),成功改变了它围绕其母体“迪迪莫斯”(Didymos)的轨道。

与此同时,劳伦斯利弗莫尔国家实验室正在设计HAMMER项目。HAMMER(超高速小行星减缓应急响应任务)是一个长约9米(10码)、重近9吨的“天体撞锤”,可以高速发射撞击小型近地天体。如果提前10年预警,它足以偏转一个直径约90米(100码)的天体,从而避免撞击。如果更大的天体正冲向地球,只需发射10个、20个,甚至50个、100个HAMMER撞锤。诚然,这是一个极其昂贵的提议,但如果它能挽救1亿人的生命,成本显然是次要的考虑因素。

顺便提一下,还有一种更经济的方法可以将小型小行星推离其原始轨道:只需在其表面放置一个巨大的火箭发动机。如果小型火箭发动机能将发射器送入太空,那么大型火箭发动机至少能让整个近地天体稍微加速或减速。至于火箭燃料所需的原材料,可以利用小行星本身的成分:从冰中提取氢,从岩石中提取氧。或者,不使用火箭发动机,而是简单地将近地天体的物质高速弹射到太空中。这得益于牛顿第三定律——每个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力——从而产生一种反方向的火箭效应。

热力学也可以派上用场。例如,我们可以加热小行星一侧的一小块区域,直到表面物质蒸发并喷射到太空中。其效果与小行星表面火箭发动机的效果相同:气体向一个方向喷射,从而将小行星向另一个方向稍微推动。如果你能用放大镜点燃一张纸或一根鞋带,你也可以用大量配备巨型透镜的卫星将阳光聚焦到小行星表面。此外,一整支激光炮舰队也是一个选项,或者在距离天体抛射物很近的地方进行核爆炸。另一个建议是,用薄而反光的箔片包裹接近的近地天体,以增强或减弱亚尔科夫斯基效应(即阳光对旋转小行星施加的微小“推力”)。用喷漆罐给它涂上一层漆也能达到同样的效果。

最后,也许侵入性最小的选择是引力牵引器,由前宇航员埃德·卢(Ed Lu,B612基金会联合创始人)和他的同事斯坦·洛夫(Stan Love)开发。这个装置可能是一个大型、重型的空间探测器,它将长时间(数年到数十年)伴随近地天体飞行,并缓慢地将其从撞击轨道上“拖走”。探测器需要一直保持其火箭发动机开启;否则,它将被天体的引力拉入。通过一些精密的机动操作和足够的时间,你可以将一颗致命的小行星拉入安全轨道。

为时不晚

不言而喻,所有这些行星防御策略听起来都相当奇幻。更不用说行星防御的整个理念所面临的复杂政治障碍了。

假设一个相对较小的近地天体正高速冲向我们的星球,威胁要将拥有百万人口的达拉斯市从地图上抹去。俄罗斯和中国会愿意为“救援任务”支付费用吗?美国人有闲钱来保护成都的可能命运吗?欧洲人会关心津巴布韦可能面临的命运吗?美国天文学家卡尔·萨根(Carl Sagan)预见到了另一个问题:如果一个国家有能力偏转一颗小型小行星使其近距离掠过地球,那么同样的技术也可以用来将小行星引向敌人。在此基础上,行星防御的乌托邦概念也可能演变成一场宇宙版的冷战——甚至更糟。

这些正是联合国处理宇宙撞击威胁的特别委员会议程上的议题。

目前,任何形式的共识都还遥遥无期。然而,有些事情必须要做。如果你处于“射击线”上,就必须尽力保护和防御自己。我们必须识别危险,研究所有可行的对策,并在必要时做好行动准备。就像对抗冠状病毒大流行和气候危机一样,问题的紧迫性可能只有在需要时才会真正显现。希望届时为时不晚。


参考文献: Govert Schilling. Will humanity be able to protect Earth from a deadly asteroid?. Scientific American, 2024; DOI:
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