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我国近地小行星防御任务曝光,有多少小行星会威胁地球?

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近日,中国工程院院士吴伟仁在中国科协年会上透露,中国将在未来十年实施近地小行星防御任务。什么是小行星?对地球有多大威胁?如何防御撞击?

撰文/记者 陈永杰 图文编辑/陈永杰

图片来源/视觉中国

审稿专家:

焦维新(北京大学地球与空间科学学院教授)

10月22日,中国深空探测实验室主任兼首席科学家、中国工程院院士吴伟仁在中国科协年会上,介绍国家未来15年的太空探索计划,包括计划2030年前后实现载人登月,以及在未来10年内展开首次“近地小行星防御任务”。

▲中国深空探测实验室主任兼首席科学家、中国工程院院士吴伟仁在第二十五届中国科协年会上透露,未来10年内展开首次“近地小行星防御任务”(图片来源/视觉中国)

吴伟仁院士还详细介绍近地小行星防御任务的具体做法,瞄准一个距离地球数千万千米、几十米大的小天体,然后在它1000万千米外发射撞击器,使其运行轨道改变,再评估效果。这一任务的目的是验证防止小行星撞地球的能力,实现“撞得准,推得动,测得出,说得清”的目标。什么是小行星?小行星对地球有多大威胁?如何防御小行星撞击?

已知有2000多颗小行星对地球造成威胁

小行星如何定义?美国国家航空航天局(NASA)的定义为:下限是直径1米,还有观点认为是直径10米。为什么定义为10米?北京大学地球与空间科学学院教授焦维新解释说,直径10米以上的小行星进入地球大气层的时候才不会燃烧尽,至少会有一些流星体落在地球表面。

▲小行星进入地球大气层燃烧的现象图(图片来源/视觉中国)

小行星按照位置可以分为三种:围绕地球附近转的近地小行星、在火星和木星之间分布的主带小行星和特洛伊群小行星。

▲从位置上分,小行星分为近地小行星主带小行星和特洛伊群小行星(图片来源/焦维新)

作为近地小行星,满足近日距(地球距太阳最近距离)小于1.3AU(AU是一个天文单位,地球到太阳的平均距离定为1AU,约等于1.496亿千米)的小行星为近地小行星。近地小行星按照不同的位置又分成阿莫尔小行星、阿波罗小行星、阿坦小行星和阿提拉小行星。

随着地面望远镜性能的提高,几米大小的小行星都已经能够看见了,截止2021年,科学家已经发现27000颗近地小行星。

▲已经发现的近地小行星(图片来源/焦维新)

“研究近地小行星有重要的意义,主要是避免天体大相撞。”焦维新解释说。科学上将对地球有潜在危险的小行星,用符号PHA表示。截止到2021年的2月2日,科学家一共发现了2216颗PHA,那就是说我们知道的已经有2000多颗对地球有潜在威胁的小行星了。

▲地球最小轨道交会距离(图片来源/焦维新)

但是,这2000多颗小行星一定会撞到地球吗?不一定。“我们只是说这些天体撞击地球的危险性更大一些。另外,小行星由于太小,运行的轨迹容易受到大天体的影响。科学家预报对地球没有灾害,但是受其他天体影响以后,可能它越来越靠近。也有的现在看起来对地球有潜在的危险,但是受其他因素的影响越来越离我们远了,所以这个数据是动态发展的。”焦维新解释说。

小行星撞击地球并不是空穴来风

“小行星撞击地球并不是空穴来风。”焦维新强调。2013年2月15日,俄罗斯的车里雅宾斯克发生小行星撞击事件,小行星进入大气层的时候,在天空中留下大约10千米长的痕迹。小行星的主要碎片击中了切巴尔库尔湖。该次事件中有1491人受伤。

▲2013年2月15日,俄罗斯的车里雅宾斯克发生小行星撞击事件(图片来源/焦维新)

历史上,地球经历了大灾变,确认的已经有将近200个陨石坑。还有一些陨石坑因为地球的变迁、河道的变迁等原因已经没法辨认。

1908年6月30日上午7时17分发生在现今俄罗斯西伯利亚上空的通古斯卡大爆炸事件。当时估计爆炸威力相当于2000万吨TNT炸弹,超过2150平方千米内的8000万棵树全都焚毁倒下。

目前比较一致的意见是,一颗直径大概60米到190米的小行星,在大约离地面高6至10千米的上空和大气层剧烈摩擦受热不均匀所以发生了爆炸,所以导致了整个通古斯卡的森林被毁。

▲通古斯卡大爆炸想象图(图片来源/焦维新)

小行星撞击地球的危险仍然存在,主要是三个原因:首先是,海量天体尚未发现。我们观测到的数量也就大概10%左右。还有许多天体没有发现,这些天体到底有没有撞击地球的危险性?我们还不太了解。2020年8月中旬,一颗大小如SUV轿车大小、编号为“2020 QG”的近地小行星,近距离掠过地球。而就在它即将离开之时,被美国宇航局的探测器探测,但这已经是6小时以后的事情了。

第二个原因是不速之客突然来袭,这还包括了短周期彗星,偶然闯入内太阳系,人类更难以确定它的轨道。比如休梅克-利维9号彗星在1994年7月8日因为受到木星强大的引力而分裂为21个小碎块,并在1994年7月16日以每小时21万千米的速度撞向木星的南半球。碎片G的威力最大,达6兆吨TNT炸药,它的当量所造成的“疤痕”预计比地球直径还要大。

▲休梅克-利维9号彗星撞击木星(图片来源/焦维新)

休梅克-利维9号彗星撞击木星凸显了木星在太阳系扮演着“太空吸尘机”的角色。它的强大引力可吸掉不少彗星和小行星,木星发生彗星撞击的几率是地球的2000至8000倍。地球位置非常优越,有木星保护,地球才是一个适居的星球。

第三个原因是雅克夫斯基效应,小行星吸收阳光和释放热量时对小行星产生微小的推动力。比如根据对小行星6489Golevka的观测,从1991到2003年间,位置比预期值移动了15千米。

▲雅克夫斯基效应示意图(图片来源/焦维新)

多种手段可消除小行星威胁

小行星撞击地球的风险有多大?尺寸小的因为数量多,所以概率大。根据统计规律,如果直径小于30米,在高层大气中就破碎了,一般不会在地面造成人员伤亡。直径大于30米、小于100米,这种天体在低层大气中燃烧破裂,对地面会产生局部的影响。

直径大于100米、小于300米的小行星,能直接撞击到地球表面,产生直径为几千米的陨石坑,所导致的灰尘笼罩会影响直径10千米的区域。

直径大于300米、小于600米的小行星,将引发最小级别的全球性灾难,可造成大约50万人死亡,发生事件间隔为25000年。

直径大于600米、小于1000米的小行星,将造成中等级别的全球性灾难,死亡人数约500万,时间间隔为7万年。

直径大于1千米小于5千米的小行星,足以造成全球性的危害,死亡人数超过10亿,大概每几百万年发生一次。

焦维新介绍说,人类避免小行星撞击主要有十大措施。第一是加强观测提前预报,了解它的轨道情况。第二,动力撞击偏转轨道。第三,安装火箭改变轨道。第四,太阳帆推动。第五,引力牵引器。第六,在小行星附近核爆炸。第七,在小行星内部核爆炸。第八,质量投射器。第九,激光烧蚀。第十,用太阳能使物质汽化产生推力。

其中发射探测器动力撞击的方案已经开始实施。2021年11月,美国发射两颗卫星(DART)到相对较近的天体,撞击一颗直径大约780米的大型小行星以及一颗直径为160米的“小卫星”。

▲DART小行星重定向测试任务(图片来源/焦维新)

早在1996年1月,“近地小行星约会”探测器就成功发射升空,它的使命是围绕“爱神”小行星运转,并登陆其上以探索小行星的秘密。在飞往小行星的过程中,探测器向地球传回了16万张照片与大量珍贵的材料,为科学家们提供许多将来探测其他小行星与彗星的重要参考。终于在飞越32亿千米的距离后,探测器成功进入到了“爱神”小行星的轨道,开始进行探测。

▲2001年2月12日,美国“近地小行星约会”无人探测器成功降落于“爱神”小行星,实现了历史上首次探测器和小行星的相会(图片来源/NASA)

2014年,日本发射小行星探测器隼鸟2号采取接触即离的探测方式,采集小行星样本并返回地球。

▲日本发射小行星探测器隼鸟2号(图片来源/焦维新)

今年4月24日的中国航天日当天,中国国家航天局副局长吴艳华首次向外界披露,中国首先要完善建立地基天基对小行星的监测预警系统,不仅要编目,关键是分析判断哪些是重危型;要对是否有可能解除这些威胁进行技术研究和攻关。

在完善对小行星探测能力的同时,中国也要着手组建近地小行星防御系统。吴艳华透露,中国要争取在“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进行抵近观测,实施就近撞击,并就改变其轨道进行技术实验,为未来人类应对小行星等地外天体对地球家园的威胁,作出中国的新贡献。

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评论
尖刀情怀永远跟党走
大学士级
按目前推测,有2000多颗小行星对地球造成危协。为此,做好地球防小行星撞击防御具有深远意义。在几千公里之外,对小行星使用撞击器,使其偏离轨道,实现"撞得准、推得动、测得出、说得清"的目标,是一件很了不起的事!
2023-10-25
追梦人C·hui
太师级
小行星威胁地球不是“天方夜谭”,也非危言耸听!中国的研究和探测,为未来人类应对小行星等地外天体对地球家园的威胁,作出中国的新贡献!
2023-10-25
卜和彦
大学士级
完善对小行星探测能力的同时,中国要着手组建近地小行星防御系统,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进行抵近观测,实施就近撞击,并就改变其轨道进行技术实验,为未来人类应对小行星等地外天体对地球家园的威胁,作出中国的新贡献!
2023-10-25