繼小行星2019 OK飛掠地球後，明日，一顆速度更快、尺寸更大，但所幸離地球距離較2019 OK遠一些的小行星將再度飛越地球。小尺寸的小行星撞擊地球事件基本上每年都在發生，但人類能較早發現危險從而有時間應對的難度卻非常之大。
最近一則近地小行星2019 OK差點撞上地球的消息霸佔了各大科技媒體頭條，刷爆了吃瓜群眾的眼球。啥？近地小行星？地球差點被它KO？咱地球不是好好的嘛？又來騙我們的關注！打住，各位不明真相的吃瓜群眾，這廂就和你們說道說道！是，地球還好好的，那僅僅是因為我們足夠幸運。
2019 OK離地球最近的距離僅有7.2萬公裡，比月球離地球距離的1/5還近。如果這顆小行星「偏」了那麼一點點撞上地球，以目前人類的任何技術手段都不可能避免此次撞擊，因為我們僅在它飛越地球前1天才察覺這位天外來客。尺寸如2019 OK大小的小行星可輕鬆穿越地球薄薄的大氣層到達地面，對局部區域造成毀滅性傷害。
如果它的尺寸再大上十倍，那麼「恭喜」你，再也不用擔心將來的工作、學習和生活了，因為絕對多數人的生命軌跡將終結於此次撞擊。地球文明可能會徹底毀於位天外訪客，就如同6500萬年前的恐龍世代終結於一顆同樣尺寸的小行星撞擊那樣。
近地小天體數以萬計
事實上，從整個地球的歷史來看，2019 OK並不是一個特例。這不，剛走了2019 OK，據稱一顆直徑約570米的小行星「2006 QQ23」又將在8月10日以16740公裡/小時的速度在距地球740萬公裡的高空飛過，被科學家視為「潛在危險」對象。雖然這顆小天體比2019 OK離我們遠，但尺寸更大、速度更快。好在科學家評估認為，這顆小行星對地球還沒構成威脅。
尺寸如2019 OK量級的小行星撞擊地球的事件大約幾千年才發生一次，但與地球擦肩而過的概率則要高很多。此外，小尺寸的小行星撞擊地球的事件基本上每年都在發生。在地球的軌道附近時刻遊蕩著數以萬計的近地小天體，這些天體因為軌道與地球接近會時不時地造訪一下咱們地球，而很多時候作為地球主人的我們，甚至不知道或者等它們「敲門」了才發現這些不速之客。
所幸的是，近地小天體的尺寸普遍較小，而地球有著大氣層這道天然屏障，大多數小天體在到達地面之前已經被大氣燒蝕，但仍有個別較大尺寸的不速之客會到達地球表面並留下造訪的痕跡。
根據國際天文聯合會IAU所屬的小天體中心MPC網站公布的數據[1]，目前發現的近地小天體數目已超過2萬顆，而這僅是數目眾多的近地小天體的冰山一角，仍有數目眾多的暗弱目標並未被發現[2]。根據近地小天體相對太陽的平均軌道半徑a以及近日距q和遠日距Q，人們將之劃分為4種類型，分別為:
各軌道類型相對地球軌道的幾何如圖1所示。其中Appllos類型與Atens類型近地小天體的軌道與地球的軌道相交，因此存在與地球的碰撞風險。
2019 OK的軌道就是Appllos類型的軌道。需要說明的是，某顆近地小天體可能與地球的軌道發生近距離接觸從而改變其軌道類型，譬如下面作為示例將要介紹的另一顆將會近距離飛越地球的編號為99942的近地小行星Apophis，在2029年與地球近距離接觸之後將由Atens型變為Appllos型。
圖1. 近地小天體的軌道類型劃分示意圖，黑色為地球軌道 | 供圖：侯錫雲
什麼是危險天體
在近地小天體中，部分存在與地球碰撞的風險，其中尺寸較大的小天體與地球的高速碰撞會產生局部甚至全球性的災難，這部分近地小天體通常被稱為危險天體，目前已發現的危險天體約佔已發現的近地小天體總數的1/10。
由兩個指標可確定一個近地小天體是否為PHO：與地球的最小軌道距離MOID以及絕對星等H。MOID是指近地小天體的軌道與地球軌道的最小距離，而絕對星等H是小天體尺寸的反映。當MOID<0.05 AU且H<22時即為危險天體，需要對之進行進一步的觀測以確定其軌道並計算與地球的碰撞概率並評估碰撞風險。
需要特別說明的是，近地小天體的軌道由於受到太陽系大天體的軌道攝動影響而在空間中不斷變化，地球自身的軌道也由於這些攝動因素在空間中不斷變化，因此某顆近地小天體的MOID並不是固定不變的，所以危險天體的成員也不是始終不變的。
危險天體的碰撞風險評估通常有兩個指標，分別為都靈指標與巴勒莫指標這兩個指標都考慮了近地小天體與地球的碰撞概率以及碰撞所帶來的實際危害。
其中都靈指標分為0～10共11個等級[3]，數字越大風險等級越高。雖然該指標劃分較為粗糙，但易於大眾了解危險天體的風險等級。巴勒莫指標的計算則更為嚴謹[4]，也是相關學者學術交流時通常採用的指標，當該指標大於0時表示該目標的碰撞風險要大於該尺寸近地小天體的平均碰撞風險。
誰在監測近地小天體
由於近地小天體的碰撞危害，有必要對其進行持續不斷的監測。美國國會於1998年發布行政命令，要求美國國家航空航天局NASA發現並編目地球附近90%以上公裡級尺寸的小行星，目前學者普遍認為該目標已於2011年達成。
2005年初，NASA將該目標拓展為編目直徑超過140米的近地小天體。2016年，NASA又成立了PDCO辦公室，致力於編目直徑大於30米～50米的近地小天體。以美國為首，目前國際上有數個致力於近地小天體的巡天任務，比較著名的有LINEAR、Spacewatch、Catalina Sky Survey、ATLAS等。遺憾的是，在近地小天體監測工作方面我國存在明顯的不足，目前專職於近地小天體觀測的，僅有中國科學院紫金山天文臺的盱眙觀測站的1.2米近地天體望遠鏡。
此外，危險天體發現之後，需要不斷地對其進行後續跟蹤、確定其軌道並編目。目前國外有兩個專門的網站從事危險天體的編目維護工作，分別為ESA資助的NEODyS-2[5]以及JPL維護的Sentry[6]。很遺憾的是，我國目前也無危險天體的編目維護工作。
就我國近地小天體的觀測設備與觀測網建設、觀測數據積累與維護等方面的現狀而言，需要進一步的資金和人員投入。所幸的是，國家有關部門已經認識到這種現狀並正開展相關工作。
監測小天體難在何處？
眾所周知，近日飛掠地球的2019 OK直到駕臨地球前一日才被發現，以至於引發一波懷疑：是天文學家觀測失誤嗎？實際上，近地小天體監測是非常困難的，其困難之處有如下三個方面。
一是觀測方面。目前近地小天體的主要監測手段仍是地面的光學觀測。由於小天體尺寸通常很小且自身不發光，因此只有當它們足夠靠近太陽且距離地球較近時才可能被發現，而用於近地小天體巡天觀測的望遠鏡通常視場大但口徑小，暗弱目標的觀測能力有限，所以小尺寸的小天體地面觀測設備難以發現。
另外，大多數近地小天體的軌道平面與黃道面十分接近，如果近地小天體靠近太陽時正處在太陽和地球的連線附近則很難被發現。這次與地球擦肩而過的2019 OK就屬於這種情況，在太陽光的強背景下很難發現一個百米直徑的暗弱目標，所以只有當2019 OK很靠近地球時人們才能發現它。此外，目前地面測站主要分布在北半球，南半球的觀測數據較少，在觀測數據上有一定的幾何偏差。
值得一提的是，除地面觀測之外，也有運行在近地空間軌道上的小天體巡天任務，譬如NEOWISE[7]。與地面觀測手段相比，空間望遠鏡的巡天視場更大，由於沒有大氣的消光和抖動影響，曝光時間更短，探測的極限星等也更暗，因此是對地面光學觀測手段很好的補充和改進。但空間任務的成本通常都很高，不是目前日常監測的主要手段。至於其他一些觀測手段則由於種種限制不能作為日常監測的手段。
近地小天體監測的另一個困難之處在於被觀測目標的軌道確定。我們需要利用光學觀測數據結合小天體的動力學約束才能確定近地小天體相對太陽的軌道，這個過程在天文學上稱為軌道確定。由於觀測數據總存在一定程度的誤差，所以由之確定的軌道也不是小天體的真實軌道，Xreal以一定的概率分布在X*附近，如圖2所示，即X*雖然有最大的概率是真實軌道Xreal，但以X*為中心的誤差橢球內的任何一點都有一定概率是真實軌道Xreal。
在一定的觀測精度之下，為儘可能地縮小這種不確定性，需要多圈的觀測數據，而近地小天體的軌道周期通常以年為計，因此即使幾天到幾十天的觀測數據，對近地小天體而言仍是很短的弧段，由之確定的軌道其不確定性很大。
糟糕的是，圖2所示的軌道不確定性會隨著時間逐漸變大，而過大的不確定性通常會給後續觀測造成困難從而造成觀測目標的丟失，而這是近地小天體觀測活動中經常會遇到的情況。為方便大家理解，我們可以想像一個不斷變大的黑匣子從我們面前經過，我們的目標就在這個不斷變大的黑匣子內但需要我們用望遠鏡找到。
如果這個黑匣子尺寸很小，整個都在望遠鏡的視場之內，則目標一次觀測即可被找到。但這個黑匣子尺寸過大，望遠鏡的視場每次只能搜索黑匣子很小的區域，如在一晚的觀測時間之內只能搜索整個黑匣子的部分區域，若目標所在的區域不在搜索區域內則會造成目標的丟失。
圖2. 誤差橢球示意圖（假定正態分布），為清晰起見，圖片僅提供了誤差橢球在某個平面上的投影。Xreal以一定概率分布在以X*為中心的誤差橢球「內」。| 供圖：侯錫雲
更為麻煩的是，近距離接觸會顯著地改變近地小天體的軌道，並且會迅速放大軌道的不確定性，這是近地小天體長期監測的另一困難之處。
以Apophis小行星為例。假設將MPC網站公布的某時刻日心坐標系下的軌道記為X*，該目標的真實軌道Xreal並不是X*，僅有很小的誤差，但這種誤差會隨著時間的積累慢慢發散。在與地球近距離接觸之前，誤差的發散速度比較緩慢，但一旦與地球近距離接觸之後，誤差會被迅速放大。
以圖3所示軌道為例，兩條軌道的初始誤差在空間中相對日心僅相差約200角秒，在與地球近距離接觸之前即使經過20多年的軌道積分該誤差始終較小，但在與地球近距離接觸之後這種誤差迅速放大，左圖的軌道在與地球近距離接觸之後由Atens型變為Appllos型，但右圖的軌道在與地球近距離接觸之後仍為Atens型。事實上，圖3僅是作為一個示例，說明近距離飛越大天體對小天體軌道不確定性地影響。
對於Apophis這樣有長期數據積累的近地小行星，人們可以非常準確地約束其軌道，但對2019 OK這樣剛發現的小行星，如果不能持續地對其進行監測以有效地約束其軌道不確定性，則在其近距離飛越地球之後很容易再次丟失。
圖3. 近地小行星99942 Apophis從2004年6月10日開始至2030年6月10日的軌道，左圖中藍色曲線表示從X*開始積分的軌道，右圖中紅色曲線表示另一初值（與X*有著很小的誤差）開始積分的軌道。兩圖中的黑色曲線表示地球軌道。| 供圖：侯錫雲
[6] https://cneos.jpl.nasa.gov/sentry/