我们为什么要关注小行星

李明子

中国将着手组建近地小行星防御系统，共同应对近地小行星撞击的威胁。

仅2021年，近地小行星飞掠事件就发生了1074次，科学家观测到有21颗小行星进入大气层。小行星飞行速度快，撞击能量大，给人类造成了极大威胁。

今年4月24日中国航天日当天，国家航天局副局长吴艳华在媒体上表示，中国将着手组建近地小行星防御系统，共同应对近地小行星撞击的威胁。

“杀手”小行星

2029年4月13日，这个平凡的周五晚上不出意外的话，一颗曾被视为“最具潜在危险的小行星”阿波菲斯将从北京上空自东南向西南划过。如果没有乌云遮挡，肉眼便能看到，当阿波菲斯再度回归地平线时，其亮度将达到最高。

这颗直径约为325米的小行星正以每秒30多千米的速度绕着太阳公转，它的轨道半长轴小于1个天文单位（AU），即小于地球到太阳的平均距离。每当这颗小行星接近和离开太阳时，其轨道都会与地球轨道相交。一旦发生撞击，将释放出相当于15.3亿吨TNT炸药爆炸时的能量，威力相当于“小男孩”原子弹爆炸时的十万倍。

2004年6月19日，夏威夷大学在美国亚利桑那州基特峰国立天文台的研究人员发现了这颗小行星，该研究由美国国家航空航天局（NASA）赞助。随后半年，科学家对这颗小行星进行了近200次观测。经计算，这颗小行星有1/450的可能性将于2029年撞击地球，它也因此得名“阿波菲斯”（古埃及黑暗、混乱和破坏之神），中文名为——毁神星。

后经反复计算，NASA在2004年12月28日宣布，排除这颗小行星与地球相撞的可能。不过，阿波菲斯飞越地球时，离地表最近距离仅有3.84万千米，不到地月平均距离的1/10。

小行星，指的是沿椭圆轨道围绕太阳公转的自然形成的固态小天体。天文学家认为，它们由太阳系形成过程中没有形成行星的残留物质演变而来，有人干脆称小行星为“太阳系碎片”。

如果将太阳系八大行星的公转轨道画成同心圆，绝大多数小行星分布在火星和木星轨道之间，这个区域也被称为主小行星带。目前有98.5%的小行星在主带被发现，其中已被编号的就有120437颗。

而对地球有撞擊威胁的主要是近地小行星，即公转轨道与地球轨道相交或距离非常近的小行星。当小行星与地球的最小轨道交会距离小于等于0.05AU，绝对星等小于等于22时，便被视为“对地球有潜在危险的小行星（PHAs）”。

这些小行星在受到引力扰动或相互撞击时，大概率会偏离原有轨道，当其接近地球轨道时，很可能与地球发生碰撞，地球表面的陨石坑便是有力证明。大约6550万年前，包括恐龙在内的绝大部分地球动植物灭绝，其中一种原因猜想便是“陨石碰撞说”。

“时至今日，小行星撞击地球的危险仍然存在。” 北京大学地球与空间科学学院教授焦维新介绍，根据理论分析，直径在100米左右的小行星，目前观测到的数量只占总量20%～30%，尺寸更小的小行星，观测到的数量占比更低，也就是说，还有海量小天体尚未被发现，其中一部分很可能在被发现前就已经撞向地球。

事实也是如此，绝大多数小行星撞击事件都是在发生后才被人类所察觉。1908年6月30日上午7时许，一颗直径60～190米的小行星在距离地面6～10千米高的上空爆炸。爆炸发生在俄罗斯通古斯河附近，威力当于2000万吨TNT炸药。2000年1月18日凌晨，一颗流星体在加拿大育空地区首府白马市上空26千米处爆炸，形成巨大火球，夜空被照亮如昼。

小行星2008 TC3是人类历史上首颗被“预警”的撞地小行星，整个“撞击”过程被地面设备追踪长达20小时。2008年10月7日，2008 TC3由苏丹北部上空进入大气层并发生燃烧，无数陨石碎片散落在广阔的努比亚沙漠中。

如何防御

人类对小行星的探究早就不限于观测。早在1996年1月，美国就成功发射了“近地小行星约会”探测器，经过4年的飞行，成功进入“爱神”小行星的轨道进行绕飞，测量小行星的密度、化学成分和磁场，并传回16万张照片与大量珍贵材料。

小行星图塔蒂斯自1989年再次被发现起，便被划进了“对地球有潜在危险”的范畴。目前，对图塔蒂斯拍摄最清楚的图像来自“嫦娥二号”月球探测器。在距离地球约700万千米的深空，“嫦娥二号”成功飞越图塔蒂斯，最近距离仅为3.2千米，飞越拍摄历时25分钟，获得了清晰图像。这是中国第一次对小行星进行探测，成为继美国、欧洲空间局和日本之后，第4个对小行星实施探测的国家或组织。

通过观察、探测等活动获得小行星的轨道和物理属性等数据后，才能有针对性地实施“防御”措施。2021年11月，美国的“双小行星重定向测试（DART）”航天器搭乘SpaceX公司猎鹰9号火箭发射升空，这是NASA开展的首次行星防御技术测试任务，旨在通过动能撞击改变小行星轨道。

据焦维新介绍，动力撞击偏转轨道的方法是人类目前已经掌握的技术，当前需要解决的问题是“深入掌握撞击对小行星轨道的效应”，对撞击器大小、速度、撞击方向以及如何选择撞击位置进行深入研究。此外，其他概念上的防御手段还包括给小行星安装火箭、安装太阳帆、伴飞飞船引力牵引、在小行星附近实施核弹爆炸等。

2020年，中科院复杂航天系统电子信息技术重点实验室研究员李明涛和他的同事们发文介绍了“以石击石”的防御概念。即在太空中捕获百吨级重量的岩石，然后操控岩石变轨，撞击对地球有威胁的小行星，最终将危地小行星偏转出撞击地球的轨道。

相比经典的动能撞击方法，“以石击石”方案对危地小行星的偏转距离可提升约一个数量级，为人类在短时间尺度应对百米级直径的潜在威胁小行星提供了新的思路。

一位研究学者介绍，近地小行星防御系统实际上是空间防御系统，建成后对各方面空间活动都将有所兼顾，不论是科研探究，还是其他目的的太空活动。

“我们争取在‘十四五末期或者2025年、2026年实施一次对某一颗有威胁的小行星（的轨道改变技术实验）。”国家航天局副局长吴艳华今年4月接受媒体采访时表示，既进行抵近观测，又实施就近撞击，为未来人类真正应对小行星地外天体对地球家园的威胁，真正做出中国贡献。

摘编自《中国新闻周刊》2022年5月刊