根據目前的數據,未來100年沒有能對地球構成重大撞擊的小行星,但凡事總要小心,誰也難保沒有漏網之魚。
彗星撞地球導致恐龍滅絕(來源:圖蟲創意)
作者 | 林文杰 航天科普作家
6500萬年前,一顆直徑約10公裡的小行星撞擊尤坦卡半島,導致統治地球1.6億年的恐龍滅絕。這次撞擊形成了直徑數百公裡的撞擊坑,直到今天其輪廓還可以被遙感衛星捕捉到。
該事件在地質學上被稱為白堊紀-第三紀(K-PG)滅絕事件,當時除了恐龍覆滅,全球有約四分之三的物種消失。
前霸主們的不幸遭遇,讓我們談到小行星撞擊時亦心有餘悸。一些陰謀論者甚至將2012末日假說與小行星相聯繫,稱尼布魯行星會在2012年撞擊地球,引發全球恐慌。——當然什麼都沒有發生。
但我們確實有必要對小行星進行一次梳理。因為它們不僅是威脅人類安全的風險因素,也是我們進入深空、躋身多行星物種的基礎。
火星外有個小行星「大本營」
所有過往皆有來處,天外來客也一樣。太陽系中不僅有八大行星,還有數不清的小行星,其中90%都在火星和木星之間的主小行星帶上,距離太陽約3~5億千米,總數估計超過50萬個。
這些小星星,都是大行星形成後留下的邊角料。當一顆小行星受到其他天體的引力幹擾或碰撞,就有可能脫離大本營飛掠地球,甚至發生撞擊事件。
火星、木星之間的小行星帶(來源:維基百科)
在過去的45億年中,地球遭遇的小行星撞擊和掠過事件數不勝數。一般認為,1公裡直徑的小行星撞擊地球概率是數十萬年一次,10公裡級小行星在數千萬至上億年不等。
不溯長遠只說近況。在過去的100多年裡,有三次比較嚴重的小行星襲擊事件:一次是1908年的通古斯爆炸,小行星進大氣層時直徑在50至190米;一次是2013年的車里雅賓斯克事件,一顆直徑20米左右的小行星落在俄羅斯;第三次是2018年底,一顆直徑約10米的小行星在白令海上空爆炸。
而掠地小行星就多到無法枚舉了:不算小個頭,幾乎每個月都有百米級小行星掠過地球,簡直家常便飯。最近一次是2019年9月,兩顆直徑分別260米和650米小行星相繼從500多萬公裡外的軌道上掠過。
好在這些小行星掠過時,近地距離普遍都在數十萬公裡以上,幾乎不會對地面造成影響。
小行星動向引關注,南北半球齊追蹤
如果你經常關注新聞,可能會產生一種錯覺——近地小行星怎麼越來越多了?其實,這只是觀測技術進步了。
上個世紀,我們對小行星的認識沒有現在深刻,觀測力度也不夠。直到世紀末,小行星的行蹤才受到關注。
1998年,美國國會令NASA(美國航空航天局)啟動近地天體觀測計劃,要求確認90%以上直徑大於1公裡的近地天體,也就是卡特琳娜巡天計劃。該計劃啟用3臺望遠鏡,分別位於亞利桑那州萊蒙山和澳大利亞的賽丁泉天文臺,就算南北半球各有部署了。
卡特琳娜巡天系統(來源:CSEG)
2008年,為了加強觀測力度,NASA又耗資數億美元資助泛星計劃(全景巡天望遠鏡和快速響應系統),將 Pan-STARRS 望遠鏡部署在夏威夷,可覆蓋北半球的天空。
2009年,NASA繼續發射了WISE廣域紅外巡天探測衛星,在500多公裡高度的太陽同步軌道,通過紅外波段探測昏暗的小行星。
但最先進的觀測系統當屬正在建設的小行星撞擊持續報警系統(簡稱ATLAS),預計在2020年後完工。該系統將八臺望遠鏡部署到夏威夷和南非,全天候監視夜空,如果發現撞擊威脅,可提前數周預警。
相比08年的泛星系統,ATLAS用途更垂直,它是專門用來搜索小行星,並且有南半球站,有效彌補了南天觀測力度的不足。
當然,還有位於智利的大型綜合巡天(LSST)望遠鏡,擁有8.4米直徑主鏡,3.2千兆像素CCD相機,是世界上目前最強大的數位相機,可捕捉整個南半球的天空。該望遠鏡不僅探測小行星,還會觀測超新星、類星體、伽瑪暴等。
這些觀測技術的進步,讓我們對小行星掠地的預警快了許多,對近地小行星的摸排也有了一定規模。目前為止,根據NASA等機構所掌握的數據,未來100年沒有能對地球構成重大撞擊的小行星。
但需要指出的是,我們的技術並不完美,對於一些極為昏暗、軌道怪異的小行星,仍然不能掉以輕心,因為不知何時就可能出現漏網之魚。
比如,2019年7月掠過地球的2019 OK小行星,直徑57~130米,從被發現到抵達近地點,中間只相隔了3個小時,並且距地僅7.3萬公裡,實在讓人捏把汗。
個子小但威力大,有的造訪靜悄悄
從1908年的通古斯事件到今天,小行星似乎沒有對人類構成太大影響,只有那次爆炸被人反覆提及,其後的兩次小行星襲擊仿佛成了過眼雲煙。
但可以肯定,無論是早前的通古斯,還是其後的車里雅賓斯克和白令海事件,現場都發生了恐怖的爆炸。小行星在進入地球大氣層後,沒有燒完的主體會在內外壓力共同作用下解體,形成空爆,威力極大。
據計算,即便是一塊10米到20米的主體,其爆炸當量也相當於數十萬噸TNT,或者說,十多顆廣島原子彈。如果爆炸剛好處於城市上空,後果及其危險。
在2013年雅賓斯克事件中,據目擊者報告,當時一道亮光划過天空,留下一長道白色尾跡,接下來是一聲巨響。「這種光似乎只能在世界末日出現」。他們聽到雷鳴般的爆炸聲,爆炸引發的衝擊波瞬間到達地面,許多建築物的玻璃被震碎,連窗框也被震了下來,一些房屋被震壞,手機信號變得時斷時續。
那次爆炸共造成1200多人受傷,3000多所房屋受損。而它還只是一塊直徑不到20米的小行星。
1908年通古斯事件中的小行星直徑達百米級,空爆能量相當於1000萬噸級TNT當量——是廣島原子彈的上千倍。當時「整個大地都在顫抖」,方圓2000多平方公裡的西伯利亞森林幾乎被夷為平地。如果這些能量在城市上空釋放,後果簡直不堪設想。
1908年的通古斯事件,方圓2150平方公裡內的8千萬棵樹焚毀倒下(來源:lingyi.org)
之後2018年12月的白令海上空小行星空爆事件,令人心悸的則不是破壞力,而是當時根本無人發現。該小行星直徑10米,雖然爆在無人區,沒有造成什麼損失,但直到2019年3月才被NASA披露。NASA和日本的衛星都觀測到空爆痕跡,當時竟渾然不知。
從2013車里雅賓斯克事件到2018白令海事件,短短五年內就出現2次小行星在大氣層空爆,這說明,天體進入大氣層是很隨機的,我們或許根本無法全面跟蹤小行星。
雖然今天我們對小行星的觀測已經比上個世紀有很大提升,但還不能覆蓋到全球的所有角落。像車里雅賓斯克那樣的事件如果再次發生,沒有提前預警,要讓我們去面對一顆15至20米直徑小行星的直接撞擊,恐怕完全無能為力。
提前做功:攔截是唯一出路
面對這些潛在的危險,NASA等機構也做出了反應。目前世界上有兩個行星防禦機構,一個是NASA行星科學部下屬的行星防禦協調辦公室,可調動NASA的資源對小行星進行觀測、分析,並且向美國政府提出建議和措施。另一個機構是歐洲空間局提出的太空態勢感知計劃,但技術力量不及NASA。
此外美國民間還有一個叫做B612基金會的機構,由一些退役、退休的科學家、太空人組成,通過民間私人資金對小行星進行觀測,並且提出一些意見。
根據這些機構的研究,想要應對小行星撞擊威脅,提前攔截是當前唯一的出路。
NASA已計劃在2021年啟動雙小行星重定向(偏轉)測試任務,簡稱DART任務,首次實際演示行星防禦技術。目標小行星暫定為Didymos雙小行星系統。
該系統中有兩顆小行星相互圍繞旋轉,較大的一顆直徑為780米,較小的一顆為160米。他們計劃在2021年發射一個撞擊器,對其中塊頭較小的DidymosB小行星進行撞擊。目前設定撞擊速度為6.6公裡每秒,撞擊後將通過多個平臺觀測其軌道改變的情況。
小行星偏轉方案中對雙小行星進行撞擊,右下角為撞擊器(來源:NASA)
據評估,偏轉小行星方案是目前最可行、花費時間和技術最少的方案。其思路在於,通過撞擊改變小行星的軌道,讓其差之毫厘謬以千裡,迫使小行星離開撞地軌道。
根據這個思路也很容易看出,該方案需要提前實施,甚至提前很多年。如果是像車里雅賓斯克襲擊那樣的事件,偏轉小行星方案的可操作空間很小,預警時間太短,根本無法改變小行星軌道。
除了偏轉小行星方案外,還有就是直接摧毀了。將塊頭較大的小行星直接炸掉,形成多個小直徑天體,然後再利用碰撞技術將其推離撞擊軌道。
此外還有引力拖拽、離子束轟擊,甚至噴漆(讓其兩面受熱不均而偏轉軌道)等方法,都讓人感到科學家的巧思。
長遠看來,不論留守地球,還是殖民火星,或是去往其他天體,攔截小行星都是一門「必修課」。我們無法阻止小行星撞擊地球,那麼面對危險就需要有足夠的技術來應對。殖民火星也不代表就能夠逃避該風險,只能說我們在殖民火星的過程中,也能順便掌握應對小行星的技術。
總而言之,從概率上講,小行星撞擊地球幾乎是不可避免的事。雖然在可預見的未來,依靠現在的技術,我們不必擔心10公裡級小行星的撞擊,但對於數十米直徑的小行星撞擊,還是要小心。這些小行星雖然不會造成核冬天,或全球生態災難,但摧毀一個小城市、造成數千人受傷還是很有可能的。
希望各國天文臺密切關注小行星的行蹤。希望下一個百年,一切安全。