小行星防御有“术”

李明涛

小行星带在太阳系中的位置

2022年9月27日，美国国家航空航天局（NASA）“双小行星重定向测试（DART）”航天器成功撞击一颗名为迪莫弗斯（Dimorphos）的近地小行星。这是世界上首次进行旨在防御地球免遭小行星撞击威胁的任务，揭开了人类小行星防御的序幕。

在电影《独行月球》中，人类为抵御小行星撞击，拯救地球，在月球部署了“月盾计划”——通过在月球上发射核弹的方法摧毁来袭的小行星。

那么，如果有一天小行星真的来了，我们是否能通过这个方法来进行自我防卫？除此之外，还有其他办法吗？

天外飞“星”的真实身份

小行星是指太阳系内，类似行星环绕太阳运动，但体积和质量比行星小得多的天体，绝大多数的小行星都集中在火星与木星轨道之间的小行星带。

大多数小行星对地球是无威胁的，但在大行星引力摄动和空间环境扰动作用下，一部分小行星带向太阳系迁移，当小行星进入距离地球轨道4500 万千米范围内时，就被称为近地小行星。

科学家已探查到的近地小行星数量为30525颗，而且该数字仍在不断增加。其中的1425颗小行星不排除碰撞地球、造成地球生物伤亡的可能，处于望远镜网络监控之下。

改变小行星轨道——来自地球的反击

此次“双小行星重定向测试”是航天器在距离地球约1100万千米处，以约6.3千米/秒的速度成功击中迪迪莫斯（Didymos）双小行星系统中的子星迪莫弗斯（Dimorphos），并改变了其运行轨道。

研究显示，撞击后，迪迪莫斯双小行星系统变亮10 倍以上，并且形成了一条长达上万千米的溅射尘埃尾。这表明人类首次动能撞击防御小行星试验取得了高度成功。

此次撞击试验是为了验证动能撞击防御小行星技术而开展的。动能撞击是指利用航天器高速撞击小行星，改变其的轨道，从而消除其对地球的威胁。

双小行星重定向测试任务

美国国家航空航天局“双小行星重定向测试（DART）”航天器即将撞击一颗近地小行星概念图

动能撞击是什么原理呢？原来，在高速撞击作用下，小行星表面会高速喷射出大量溅射物，如同火箭喷出气体获得加速一样，小行星会因为喷射出溅射物而获得更大的速度改变量，从而发生轨道偏转。

动能撞击的效果与撞击速度和角度，小行星的材质、结构、孔隙率等复杂因素密切相关，难以通过理论进行精确预测。测量溅射引起的动量增强效应进而掌握小行星轨道偏转规律，是开展动能撞击试验的主要目标。

地面试验受限于尺度等因素，很难精确评估动能撞击小行星的效果，必须在太空环境中开展真实尺度的小行星撞击试验，才能掌握防御小行星的规律，为未来应对真实近地小行星撞击威胁提供依据。

人类对付小行星的“招式”

除了动能撞击之外，科学家还研究及设想出多种对付小行星的“招式”，包括：

“炸”——在小行星表面或者内部引爆核武器，将小行星摧毁；或者在小行星表面一定高度处引爆核武器，利用高能量射线蒸发小行星表面物质，形成高速喷射羽流，来偏转其轨道。

“拖”——在小行星表面安装火箭发动机，通过发动机推力改变其轨道。

“牵”——发射一个飞行器盘旋在小行星附近，通过万有引力缓慢牵引，改变其轨道。

“烧”——利用高能量激光将小行星表面物质气化，形成高速喷射羽流，推动改变其轨道。

“喷”——利用电推进航天器喷射高速离子流到小行星的表面，改变其轨道。

牛顿第三定律

牛顿第三定律：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

核爆摧毁小行星概念图（来源NASA）

“涂”——在小行星表面“涂”上一层“漆”，改变小行星的反射率，从而利用红外波段的热辐射压力改变其轨道。

“抛”——在小行星上安装挖掘机，挖掘小行星表面石块，利用电磁弹射机构将石块高速抛出，在抛出石块的同时，小行星就获得了加速，从而改变其轨道。

以上这些“招式”，都没有在太空中验证过，部分手段还处于构想阶段。除了动能撞击和核爆属于瞬时作用防御手段，其他手段都属于微弱力持续作用防御手段，有效发生作用往往需要10年甚至20年的预警时间。因此，目前公认成熟的小行星防御手段还是动能撞击技术。

小行星防御的中国力量

中国在小行星防御方面虽然起步较晚，但开展的月球与深空探测事业为发展小行星防御技术提供了较好的积累。2012年，中国嫦娥二号探测器在完成月球和日地系统第二拉格朗日点拓展试验任务后，近距离飞越并探测了“图塔蒂斯”小行星，成功获取了它的光学图像。中国小行星取样返回任务天问二号已经工程立项，预计于2025年左右发射，将对2016HO3近地小行星和311P主带彗星开展探测，并将小行星样本带回地球。此外，中国正在着手组建近地小行星防御系统，争取在2025—2026年内实施一次对小行星既进行抵近观测，又实施就近撞击——就改变它轨道进行技术实验，为未来人类真正应对小行星這种地外天体对地球家园的威胁，作出中国贡献。

相信在不久的将来，面对小行星的撞击威胁，人类再不会束手无措了！

嫦娥二号

（责任编辑 / 张丽静 美术编辑 / 胡美岩）