揭秘:科学家如何摧毁杀手小行星和彗星

2021/12/21 10:26:13 来源:新浪科技 作者:叶倾城 责编:远洋

北京时间 12 月 21 日消息,据国外媒体报道,近期上映的美国影片《不要抬头》中,两位水平不高的天文学家发现一颗即将碰撞毁灭地球的陨星,他们的警告却并未引起民众的重视…… 虽然这是一部黑色讽刺的科幻电影,但陨星可能碰撞地球并非是假设,或许是未来即将发生的灾难。

陨星碰撞地球不是一个是否存在的问题,而是一个何时存在的问题,最终天文学家将会发现某颗沿着地球轨道运行的天体,它可能是一颗小行星——巨大的岩石体,在太阳系内部环绕太阳运行;也可能是一颗彗星,可能含有岩石或者冰,它通常以较慢的椭圆形轨道运行。

▲ 陨星碰撞地球不是一个是否存在的问题,而是一个何时存在的问题,最终天文学家将会发现某颗沿着地球轨道运行的天体,它可能是一颗小行星 —— 巨大的岩石体,在太阳系内部环绕太阳运行;也可能是一颗彗星,可能含有岩石或者冰,它通常以较慢的椭圆形轨道运行。

陨星碰撞地球不是一个是否存在的问题,而是一个何时存在的问题,最终天文学家将会发现某颗沿着地球轨道运行的天体,它可能是一颗小行星 —— 巨大的岩石体,在太阳系内部环绕太阳运行;也可能是一颗彗星,可能含有岩石或者冰,它通常以较慢的椭圆形轨道运行。需要明确的是,迄今已探测的小行星或者彗星没有任何危险,尽管如此,考虑到未知天体碰撞地球的可能性,以及可能带来的毁灭性破坏,我们做好准备是非常有必要的。

美国伊利诺伊大学乌尔班纳-香槟分校天文学家莱斯利・鲁尼说:“即使是一颗相对较小的小行星,例如:直径 150 米,也能摧毁地球上一座大型城市!

美国好莱坞没有错过这样的宇宙碰撞的电影题材,他们在最新电影《不要抬头》中讲述了一颗即将碰撞地球的“杀手彗星”,与剧情内容过于夸张的科幻电影《世界末日》,以及从科学角度更具可信度的科幻电影《深度冲击》相比,此类电影都有大致相近的世界末日剧情假设。

对于美国好莱坞而言,变幻莫测的彗星和小行星对地球构成潜在威胁是不错的电影剧情脚本,能吸引观众的眼球,但天文学家和物理学家非常严肃地看待此类威胁,目前科学家已规划了多种策略来处理这样的危机局面,一旦发现具有威胁性的小行星,立即启动应急方案。事实上,2021 年 11 月 23 日,美国宇航局发射 DART 任务(双小行星重定向测试任务),该任务首次发射用于撞击小行星并观察小行星轨道如何受到影响的航天器。

2022 年秋季,DART 航天器(大约一台自动售货机大小)将到达小行星 Didymos 和 Dimorphos 区域,它们是一个双小行星系统,位于地球和火星轨道之间,它环绕太阳运行,该航天器将以 Dimorphos 作为勘测目标,Dimorphos 是体积较小的小行星,直径大约 160 米。据预测,DART 航天器碰撞小行星,会轻微改变该小行星的运行轨道,使它在 Didymos 周围旋转得更快一些,整个过程由 DART 航天器附近的一颗人造卫星和陆基望远镜密切监测。

DART 任务资深研究员、约翰霍普金斯大学应用物理实验室行星天文学家安迪・里夫金称,如果小行星 Dimorphos 大小的天体碰撞地球,无论它碰撞在地球任何地区,都将带来一场灾难,在可预见的未来,这两颗小行星都不可能碰撞地球,此项太空任务仅是一个测试,但类似 Dimorphos 大小的天体碰撞地球平均每 2 万年出现一次,在地球历史进程中,曾出现体积较大天体碰撞的相关证据,位于毛里塔尼亚的 Tenoumer 陨坑可能是“最近发生”的大型天体碰撞事件证据,它被认为已有 1.3 万年历史。

较小的天体碰撞地球的概率更高,2013 年,俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸的流星直径大约 20 米,天文学家认为,该等级大小的天体平均每 100 年左右将碰撞地球一次。1908 年,一颗直径 48-61 米的流星以陡峭的角度进入地球大气层,引发一次更大规模的爆炸,即通古斯大爆炸,严重破坏了西伯利亚东部,碰撞产生的冲击波将数百平方公里的树木夷为平地,其破坏力超过迄今为止最大的氢弹测试,该碰撞事件可能造成多人死亡(由于时间跨度较长,缺乏当时的准确记录信息),如果现今一颗类似大小的天体碰撞一座大城市,可能会造成数百万人死亡。史前时期,也曾发生过更严重的灾难事件,最著名的就是大约 6600 万年前,一颗直径大约 14.5 千米的彗星或者小行星撞击地球,导致恐龙物种和全球四分之三的植物和动物灭绝消失。

事实上,地球并不平静,经常会有“天外来客”造访地球,沙粒大小至葡萄柚大小的陨石不断地从天而降,它们会在大气层中燃烧,看起来就像我们熟悉的“流星”。每年都会出现多次,还有稍大的一些天体,例如像椅子大小,它们进入大气层时会燃烧,偶尔会产生碎片坠落在地面。

好消息是体积稍大一点的天体,就越容易被发现,这意味着人类将有更多的时间做准备,但也会出现一些特殊情况,车里雅宾斯克上空爆炸的天体体积较大,应该能提前被发现,然而它碰巧从与太阳大致相同的方向接近地球,专业望远镜准确探测到太阳方向的目标,所以导致该天体进入大气层时未被发现。

在可能的地球防御方案中,里夫金认为,即将测试的 DART 偏转法是最有效的,在有充分预先警告时间下,即使该天体位于地球轨道,通过 DART 偏转法对其轨道轻微调整,也能使它完全错过地球轨道。

各种替代方案也在讨论之中,美国加州大学圣芭芭拉分校物理学家菲利普・卢宾认为,依据天体的大小、预计入轨时间和其他因素,炸毁该天体可能与试图改变其运行路径一样有效。如果通过正确的方法,将坠落至地面的陨星碎片直径控制在 10-15 米之间,是不会造成居民死亡的,陨星碎片的冲击力或许仅能震碎几扇窗户…… 这意味着我们可能将导致数百万人死亡的灾难事件化解为一场“烟花秀”。但他强调称,虽然偏转天体运行轨道的方法没有问题,但在某些情况下,粉碎瓦解天体可能更有效。

此外,还有“引力牵引器”方法,该技术名称听起来似乎很简单,它涉及到航天器接近潜在碰撞地球的天体,航天器通过引力牵引作用,使天体运行轨道发生改变。里夫金被“引力牵引器”的简单性所吸引,他表示,只需操控航天器,其装配的引力装置会“拖曳”小行星偏离原有轨道,但这是一个缓慢的过程,可能需要“大半个世纪”才有充分改变天体的轨道。

与此同时,一些研究人员花费大量时间跟踪近地天体(NEOs),通常它们是指太阳系中距离太阳 1.93 亿公里以内的任何小型天体,相比之下 1 个天文单位,即地球轨道至太阳的平均距离是 1.5 亿公里。他们在喷气推进实验室近地天体研究中心等机构工作,该中心隶属于马萨诸塞州哈佛-史密森天体物理中心,他们特别关注潜在危险天体(PHAs),该术语是指直径大约 140 米以上、轨道距离地球 804 万公里以内的天体。喷气推进实验室近地天体研究中心主管保罗・乔达斯称,大约有 25000 个潜在危险天体存在,其中仅有 40% 被发现,潜在危险天体只有极少数是彗星,大多数是小行星,由于较大的天体更容易被发现,因此大部分未发现的天体可能体积很小,同时,这是值得庆幸的事情,或许未来 100 年内,没有任何大型小行星碰撞地球。

一些陆基望远镜专门用于搜寻这些天体,其中包括:位于亚利桑那州的美国宇航局卡特琳娜巡天观测中心的三个勘测仪器,以及夏威夷 PanSTARRS 望远镜,而“近地天体勘测任务”的太空望远镜正处于初步设计阶段,未来它将搜索太阳系内潜在的危险天体。虽然建造在智利境内的鲁宾天文台的主要任务不是探索发现这样的天体,但科学家认为该天文台有望探测到数千颗小行星和彗星。

乔达斯强调称,太阳系的规模对于地球文明有利,宇宙空间真的很大,而地球真的很小,所以一颗体积较大的小行星碰撞地球的概率非常小。

天文学家鲁尼说:“虽然很少有科学家会因为宇宙碰撞的威胁而失眠,但许多人认为,像 DART 这样的探测项目和任务,是一种很好的投资,就像行星保险单,从长期来看,这的确是一个严峻的问题。”

当然,这并不是人类唯一关心的问题,甚至不一定是人类最迫切解决的问题,表面上看,科幻电影《不要抬头》讲述的是一场迫在眉睫的天体碰撞,但它同时隐晦寓意另一种生存威胁 —— 气候变化。鲁尼表示,我们想有效解决地球气候危机,但它非常棘手,可以说这是人类历史上对生命的最大威胁。

包括乔达斯在内的许多天文学家也赞同该观点,虽然他们每天都在追踪分析来自宇宙的天体威胁,但事实上近地小行星的风险实际上要比地球气候变化等威胁的风险更小。

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关键词:小行星彗星

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