如何防止小行星撞击地球

2018-12-29裘伟廷

生命与灾害 2018年11期

裘伟廷

小行星撞击地球的风险极大

大多数科学家相信，大约6500万年前，小行星撞击地球造成恐龙大灭绝。根据科学家研究和相关历史记载，每隔100年都会至少有一颗足球大小或更大的小行星撞击地球，而距离现在最近的一次发生在1908年6月30日，那次撞击就是发生在西伯利亚的“通古斯爆炸”，其爆炸效果相当于一个1 500万吨级的核弹被引爆。

美国宇航局（NASA）已发现，地球附近大约有10万颗小行星，任何一颗撞上地球都足以摧毁一座大城市。科学家仅探明了其中4 000颗的运行轨迹，其中测出了近90%直径超过914米的小行星，这些大块头的小行星一旦撞上地球，将会造成全球性浩劫，导致空前的物种灭绝。

天文科学家称，小行星撞地球终究是会发生的，根据历史经验和科学预测，这个问题只是时间早晚而已。因此，各国科学家都已开始重视小行星，讨论小行星撞击地球的潜在威胁有多大、人类应如何预防每一场潜在的撞击等问题。在这种背景下，2007年3月，美国华盛顿举办了一场“行星保卫大会”，全球数百名科学家聚在一起，探讨了防止小行星撞击地球的方案。

从理论上说，科学界目前防止小行星撞击地球的设想方案大体可以分为两种，一种是将小行星炸毁，完全破坏掉，另一种则是改变它的运行轨道。而可以采取化解小行星撞击地球风险的具体方案，则更显得五花八门。

防撞方案一：将小行星炸毁成碎片

避免小行星碰撞地球，在想象中最有效的办法是摧毁来犯者，比如利用核导弹攻击向地球袭来的物体，将它炸毁成碎片。为了取得最大的爆炸效果，从而摧毁撞击物，最好的办法是把爆炸物深深地埋置于撞击物的内部。这种技术要求性能良好的深埋装置，也需要炸毁天体所需的巨额能量。就像在电影《世界末日》中，钻井平台专家威利斯，在一颗小行星即将撞击地球的危急时刻临危受命，带领核弹小组乘坐航天飞机绕过月球，降落在这颗小行星表面进行钻孔，并将核弹安放在小行星内部，最后引爆了氢弹。

“炸毁”办法在理论上是成立的，但在炸之前先要对将要撞向地球的小天体进行研究，看它的组成元素是铁质的还是硅质的，如果是硅质的，因为它质地比较松散，就可利用核导弹进行攻击将其炸毁；但如果是坚硬的“铁疙瘩”，就要采取改变轨道的办法。问题是，当小行星很遥远时，人们无法观测到它的物质属性。另外，对于一些松散结构的星体，爆炸所起到的作用将很有限。使用该方法时还存在其他一些问题，比如，地球上所有积累起来的核武器只够用来炸毁一个直径9公里的小行星，且还得准确击中小行星的中心才行。

还有，将小行星炸毁成碎片的后果难以预料。这种爆炸有可能将小行星炸成数量巨大的、无法预测的碎片，如果这些碎片的飞行方向仍是朝着地球，而人们将对它们失去控制，那么浩劫依旧无可避免。理想的状况，爆炸必须使每个碎片的直径小于10米，以确保它们在地球大气层中全部烧光。因此在现实中，由于难以掌控，科学家可能并不提倡使用核弹头摧毁来袭小行星，以免不仅不会拯救地球，反而带来更大的灾难。

防撞方案二：用机械力影响运行

更多科学家在考虑用机械力改变小行星运行轨迹的方法，比如发射人造天体，将其发射到太空后，把它调整到和小行星平行，并使两者的相对速度为零，即人造天体运行速度等于小行星运行速度，然后用机械力推小行星一下，小行星就会改变轨道。这是较稳妥的办法，但要经过不断的、充分的试验，不能存在任何误差。如果第一次没有推成功，还要发射飞行器，在合适的时候再推它，改变其轨道。

一些科学家表示，更佳的方法可能是向小行星的预定轨道发射一颗巨大卫星，届时这颗卫星的引力就会影响小行星的飞行方向。比如所谓“引力拖车”方案，就是让一艘飞船在小行星附近飞行，利用两者之间的引力使小行星轨道发生变化，最终偏离撞击地球的路线。据计算，一艘20吨重的飞船就可在1年内将一颗直径200米的小行星牵引到安全轨道上去。

有人提出，还可以考虑使用导弹或航天器撞击小行星，使其改变轨道。就人类目前已达到的航天技术水平，这是有可能承担和完成的。如2005年7月4日，美国的深度撞击号航天器释放的撞击者探测器，在距离地球1.32亿公里处，以每秒10.2公里的速度猛烈撞击坦普尔一号彗星的彗核，击中地点仅比预计的位置相差1米，准确度非常高。如让其轰击小行星，肯定也会获得同样的效果。当时就有科学家认为，这是一次应对小天体撞击地球的有效演练。据说，欧洲宇航局计划在不久的将来，实施所谓“堂吉诃德”计划，即派两艘太空船前往一颗小行星，其中一艘太空船将和这颗小行星高速相撞，而另外一艘太空船则将在附近测量小行星的轨道改变情况。有的科学家用相同原理，甚至异想天开提出，可以“劫持”另一颗无害小行星，撞向要撞击地球的那颗杀手小行星，从而使它偏离地球轨道。

防撞方案三：改变颜色使小行星轨道偏离

利用颜色以改变小行星轨道的点子，来自一个普通的常识——物体的颜色可决定吸收热量的多少。一颗深色的小行星吸收太阳能后，再以热量的形式将它辐射回宇宙空间。科学家们发现，辐射热量可对直径在一公里或以下的小行星产生微量推力，在长期累积作用下，该推力将改变小行星轨道。这一神奇的推力被称为“雅科夫斯基效应”。人造卫星的设计者们在试图弄明白为什么他们的卫星不肯待在指定轨道上时，发现了这个效应。

物体的颜色决定吸收热量的多少，如果小行星是灰色的，可以将它变成纯黑，颜色变黑后，小行星的吸热情况就会有所改变，从而提高整个行星自身的温度，对它的运行轨道产生影响；异曲同工的方法是，也可把它变成白的，使它变冷，效果是一样的。比如给小行星喷射彩弹球，使其表面覆盖一层白色，让这白色反射太阳的光子流，并利用这股反射光子流产生的推力，将这颗小行星推离轨道。改变小行星颜色确实可改变它的轨道，但需要大把时间积累推力，而且还需要深入研究并随时监控对小行星轨道的实际影响，否则，这种方法也可能导致它更直接地撞向地球。

不过，由于对地球能产生威胁的行星的直径都在一公里以上，因此改变颜色的整个工程也将是极其浩大的，且人类显然没有时间从小行星身上提炼到足够改变它色彩的涂料，那么多油漆涂料，怎样运到小行星上？怎样去完成这么伟大的刷漆任务？据报道，美国航天飞机每公斤有效载荷入轨费约1万美元。直径为一公里的小行星大约需油漆523吨，就算不计买油漆的费用，要把这些油漆运上太空所需的运费大约将近52.4亿美元。因此，改变颜色使小行星轨道偏离的方法，在实际上是否可行，尚是一个问题。

防撞方案四：用爆炸能量改变小行星

用爆炸产生的能量也可实现小行星轨道的改变。对于组成元素是铁质的、结构结实的行星，可以利用导弹或是核装置对其进行攻击，理想状态是将它炸成一分为二的两部分，这样质量就发生了变化。由于不再是原来的质量了，运行轨道也就跟着变了。目前这是理论上的探讨，都是在理想状态下进行的，实际中不能有一点点的误差存在，难度之高可想而知。

或者设计一种武器系统，使一系列核弹头在奔向地球的小天体的一侧爆炸，利用爆炸释放的能量和产生的强中子辐射，打掉小天体表面的一部分，使其重心偏移，从而改变运行轨道，最终躲开地球运行。此种办法相对耗费能量较少，对拦截小行星来说更切实可行。

也有一些科学家认为，我们可以利用太阳来对抗小行星。比如，发射装备有反光镜的卫星，环绕这颗小行星运行，让镜子将阳光反射到小行星的某个点上，使该点温度不断升高，直至爆炸，让爆炸产生的能量推动小行星改变运行方向，从而不会撞击地球。与此类似，科学家们已设计出一种空间反射镜系统，可以利用航天飞机或火箭把它发送到空间。这种系统能够收集阳光并把它聚集到飞向地球的小行星上，小行星表面受热温度可达1 000～2 000℃，使岩石和冰雪融化产生炽热的气体形成喷气流，从而使小行星离开原来的运行轨道，避免同地球相撞。

防撞方案五：激光给小行星“减肥”

理论上只要稍微改变一下天体的运行速度，就能使小行星或彗星偏离其轨道，它们就不会再同地球相撞。而要改变物体的速度，就必须改变它的动能，这可以通过改变其质量来实现。而改变质量，无非是“增膘”或“减肥”，当然前者是行不通的。

目前，唯一得到垂青的地（球）基（地）偏转系统是一种巨大激光装置，它能把极大能量投放到目标物的一侧。激光束将使目标物（比如小行星）一侧的表面温度大大升高，使它裂开并最终分离出来，从而减少该物体的质量，迫使它运行于不同的轨道，这种技术目前还未成熟，但也决非遥遥无期。

随着科技发展，基于激光将有更多防撞技术诞生。比如用激光技术探测小行星，并产生能量改变其轨道。激光器的最大优势是光束在经过长距离传输后仍能保持相对的紧密聚焦，在未来激光技术支持下，这个距离可达到日地距离的10倍。届时，将由8颗携带激光器的航天器组成“舰队”，从不同位置巡视小行星带，提前发现并及时偏移存在威胁的小行星。不过目前该技术尚存几大障碍，比如激光器的减重问题等。

2013年2月16日，美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校一个科研团队就基于激光技术，发布了一套应对天体威胁的方案。方案的原理是把太阳能转化成具有破坏力的激光束，射向来袭天体，让天体运行轨道发生偏离，甚至直接让天体在空间“蒸发”或部分“蒸发”。

防撞方案六：在小行星上采矿

人们可以考虑在小行星上采矿，当然首先需要花几十年时间在小行星上部署一个质量转移系统。安装在小行星上的一台质量转移器好比是一个贪婪的“吸血鬼”，它在小行星上挖掘矿物，持续数年或数十年，把它们抛入浩瀚的太空，最终势必改变小行星的飞行轨道。但是，怎样才能把质量转移器放到小行星表面上去，并加以实际利用，这些都是极为艰巨的任务。

不过，小行星给地球带来的并不完全是灾难，而是可贵的资源。一个方圆1.6公里且含有上等镍与铁的小行星，能带来高达4万亿美元的资产，除了大量的镍与铁之外，有些游离的小行星还可能含有丰富的金、铂，以及稀有元素如铱等，其价值无法估计。所以，也有些科学家正想方设法积极准备开发小行星。当然，最理想的方案是采矿和防撞两不误，也就是在小行星上挖掘矿物，既达到转移小行星质量的目的，又能将这些矿物合理加以利用。

对于小行星的利用不仅仅是采矿，比如可以将小行星捕获，拉到适当轨道，以便在它上面创建一个能重复使用的载人飞行基地，等等。科学家称，采用机器人探测器捕获小行星的方法有很多种，如果行星主要由镍铁构成，可使用磁铁；如果行星主要由岩石构成，则使用鱼叉或特制的钩子，然后依靠太阳能动力将行星推动起来。而对于机器人无法捕获的较大行星，则派一艘大型宇宙飞船接近它，利用重力牵引将行星拉离原有的轨道，让其向着人类计划好的方向前进。这种捕获小行星加以利用的方法，同样可以与地球防止小行星撞击计划相结合，达到利用和防撞两不误。

防撞方案七：给小行星安装“推进器”

给小行星安装“推进器”以达到推移小行星的方法，其原理就是：在小行星星体表面上安装一台大型火箭发动机，或一个“太阳帆”，产生的动力可以把行星从原轨道上推开。我们可以将高效的核能发动机由一个常规火箭发送到小行星上；然后，该发动机就被固定在小行星上；当开动发动机后，就如同驾驶拖拉机一样（或者更形象地说，如同开动“太空拖船”一样），把小行星拖离它原来的运行轨道，从而使它错过与地球相撞的机会。这种方法的最大优点是具有完全可控性，当然，这种推进器可能也要花十年或者更多的时间来推动这个小行星，才能达到逐步调整它的运行轨道的目的。

“太空拖船”的一个重大难题是如何操纵太空拖船绕目标小行星飞行，然后在该星体上着陆，并在它的表面上固定。不过这方面也有很多成功的先例，例如2000年，美国“近地小行星交会”（NEAR）号飞船成功进入了绕第二大已知近地小行星爱神星的轨道，甚至还在这个长34公里的天体上完成了一次临时着陆。

给小行星安装“太阳帆”，看起来是一种浪漫的方法，实际上与在小行星上安装发动机的原理一样。具体方法也是利用常规火箭把一个“太阳帆”发送到小行星上，并把它植根于小行星体的表面。这个“太阳帆”一旦附着在小行星表面上，它就能吸收由太阳放射出的光子，从而像风吹动船上的帆一样，把小行星推离原来的轨道，当然也要花十年或更多的时间。