中國(guó)撞擊小行星，第一個(gè)目標(biāo)已確認(rèn)！｜地球知識(shí)局

地球知識(shí)局

文字 | 行星不發(fā)光

制圖 | 果 校對(duì) | 朝乾 編輯 | e

9月5日，我國(guó)深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室（天都實(shí)驗(yàn)室）宣布，我國(guó)將實(shí)施小行星動(dòng)能撞擊驗(yàn)證任務(wù)，并向世界各國(guó)發(fā)出了合作邀請(qǐng)。

其實(shí)，中國(guó)在小行星防御這一領(lǐng)域已經(jīng)做了很多準(zhǔn)備，就連準(zhǔn)備撞的小行星都選好了：2015XF261。

那么，為什么要開(kāi)展小行星防御任務(wù)？哪些小行星需要監(jiān)測(cè)預(yù)警并防御應(yīng)對(duì)？該如何防御？又為啥是2015XF261這個(gè)小行星，成了我們要“懟”的第一個(gè)目標(biāo)？

這些地球外的小行星，會(huì)把我們一波送走嗎？

（圖：shutterstock）▼

為什么要防御小行星？

1980年，諾貝爾獎(jiǎng)得主路易斯·阿爾瓦提出“小行星撞擊”學(xué)說(shuō)，指出0.65億年前的一顆小行星撞擊地球，產(chǎn)生了極大的沖擊波和熱浪，不僅造成了森林大火和劇烈地震，還引發(fā)了巨大海嘯和覆蓋全球的粉塵（包括硫和二氧化碳等物質(zhì)）。這導(dǎo)致在地球上約75%的物種滅絕，其中就包括恐龍。

小行星撞擊會(huì)引發(fā)海嘯，融化地殼物質(zhì)

造成大量粉塵，遮蔽天空

并引發(fā)大規(guī)模酸雨，嚴(yán)重破壞生態(tài)

（小行星撞擊地球概念圖 圖：NASA/Don Davis）▼

1991年，在墨西哥尤卡坦半島發(fā)現(xiàn)了形成于白堊紀(jì)和第三紀(jì)末期的直徑為200公里的隕石坑，研究表明該隕石坑是造成恐龍滅絕的小行星遺跡，被稱(chēng)為Chicxulub隕石坑。

曾經(jīng)的地球霸主恐龍

也難逃隕石撞擊地球帶來(lái)的厄運(yùn)

（圖：NASA & Google maps）▼

數(shù)值模型分析研究表明，造成Chicxulub隕石坑的小行星直徑約為17km，密度約為2.63g/cm3，以43000km/h（約12km/s）的速度從尤卡坦半島的東北方進(jìn)入大氣層，并以約60°的入射角撞擊地球。這進(jìn)一步證明了“小行星撞擊”學(xué)說(shuō)。

小行星撞擊角為60°時(shí)，隕石坑的演變情況

這與Chicxulub隕石坑周?chē)E石的分布

和地下近30km的不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)相吻合

（該小行星撞擊地球的模擬示意圖）

（圖：Gareth Collins）▼

此外，美國(guó)亞利桑那州的Barringer-crater隕石坑是5萬(wàn)年前一顆直徑約50m的小行星撞擊地球造成的。

即使已有5萬(wàn)年歷史，與其他隕石坑相比

這個(gè)隕石坑也相對(duì)年輕且保存完好

（圖：NASA）▼

1908年，一顆直徑約為40m的小行星在通古斯上空發(fā)生爆炸，導(dǎo)致西伯利亞約2000平方公里的樹(shù)木被摧毀。

估計(jì)當(dāng)時(shí)的爆炸威力相當(dāng)于2千萬(wàn)噸TNT炸藥

甚至遠(yuǎn)在大洋彼岸的美國(guó)也能感覺(jué)到大地在抖動(dòng)

（爆炸假想圖 圖：Don Davis）▼

1994年7月，舒梅克·列維9號(hào)彗星撞擊木星，在木星上撞擊的影響半徑相當(dāng)于地球大小，彼時(shí)用民用小口徑望遠(yuǎn)鏡也可看到。

舒梅克·列維9號(hào)彗星被木星引力撕扯成21塊

并最終砸在了木星上

（圖：壹圖網(wǎng)）▼

這一系列事件讓行星科學(xué)家和大眾再次意識(shí)到，小行星和彗星的撞擊對(duì)地球生命具有毀滅性的威脅。所以必須通過(guò)跟蹤監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)評(píng)估和防御應(yīng)對(duì)等措施來(lái)保護(hù)地球和人類(lèi)的安全。

2013年一顆隕石進(jìn)入大氣層

并在俄羅斯車(chē)?yán)镅刨e斯克市上空爆炸

造成上千人受傷

（圖：YouTube）▼

1999年，國(guó)際小行星聯(lián)合會(huì)（IAU）為了促進(jìn)公眾對(duì)小行星撞擊危險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)和監(jiān)測(cè)，將小天體撞擊危險(xiǎn)預(yù)測(cè)進(jìn)行了分類(lèi)：從0-10，表征了可能撞擊事件的概率和后果。詳見(jiàn)下表。

從0-10，表征了小行星撞擊事件的概率和危險(xiǎn)等級(jí)▼

哪些小行星需要監(jiān)測(cè)預(yù)警和防御應(yīng)對(duì)？

截止2025年7月2日，已發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系小天體接近144萬(wàn)顆，且數(shù)量仍在不斷增加。根據(jù)小天體的公轉(zhuǎn)軌道分布，主要分為近地小行星、主帶小行星、特洛伊天體、半人馬天體和海外天體等。

其中絕大部分小行星位于小行星帶，即主帶小行星。

除近地小行星和主帶小行星外

海王星軌道外存在大量小行星，是彗星的起源地之一

（八大行星和小天體的分布 圖：Shutterstock）▼

在這些小行星中，主帶小行星、特洛伊天體以及海外天體由于引力攝動(dòng)、非引力效應(yīng)（Yarkovsky/YORP效應(yīng)）和碰撞彈射等因素，部分小行星會(huì)離開(kāi)原來(lái)的軌道向內(nèi)太陽(yáng)系運(yùn)動(dòng)。

這個(gè)過(guò)程中，部分小行星會(huì)被木星引力捕獲而減少了撞擊地球的風(fēng)險(xiǎn)，因此木星也被譽(yù)為地球的守護(hù)神。

木星是太陽(yáng)系中最大的行星

其質(zhì)量是太陽(yáng)系所有其他行星總和的兩倍半多

因此擁有吸引眾多彗星和小行星的強(qiáng)大引力

（1994年7月蘇梅克-列維九號(hào)彗星SL9與木星撞擊）

（圖：ESO）▼

SL9被木星引力分裂成的“太空項(xiàng)鏈”

（圖：NASA）▼

部分“漏網(wǎng)之魚(yú)”最終遷移到近地空間，成為近地小行星（近日距小于1.3au，au為天文單位，即太陽(yáng)至地球的平均距離）。

這些軌道不穩(wěn)定的小行星會(huì)被地月系統(tǒng)捕獲，月球上密密麻麻的隕石坑就是小行星頻繁撞擊的結(jié)果，然而這只是冰山一角，由于地球引力較大，更多的小行星撞向了地球。只不過(guò)因?yàn)榈厍虻陌鍓K運(yùn)動(dòng)、大氣運(yùn)動(dòng)、海洋占比和生命活動(dòng)等因素掩蓋了隕石坑。

月球表面坑坑洼洼

不像地球表面能通過(guò)侵蝕、構(gòu)造和火山活動(dòng)來(lái)“美容”

（圖：NASA）▼

加拿大魁北克省的一個(gè)環(huán)形湖

是2億多年前一次巨大撞擊留下的火山口遺跡

如今僅從表面已經(jīng)看不出當(dāng)年隕石坑了

（圖：NASA）▼

近地小行星的軌道演化相對(duì)劇烈且頻繁，其軌道與地球軌道交匯而存在撞擊風(fēng)險(xiǎn)，而小行星撞擊程度主要取決于其質(zhì)量的大小。不同直徑大小的小行星的數(shù)量不同，撞擊地球的頻次不同。

下圖呈現(xiàn)了不同直徑的小行星對(duì)地球造成威脅的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

其中，直徑在140m以上

且與地球最小交匯距離在0.05au以?xún)?nèi)的近地小行星

被稱(chēng)為潛在威脅小行星（PHAs）

這是小行星防御的主要目標(biāo)

目前已發(fā)現(xiàn)的2320顆潛在威脅小行星的軌道分布圖

（圖：紫金山天文臺(tái)/胡壽村）▼

如何防御小行星？

小行星防御任務(wù)實(shí)際上包含兩個(gè)主要部分，分別為潛在威脅小行星的監(jiān)測(cè)預(yù)警和變軌應(yīng)對(duì)。

目前，我們對(duì)直徑大于1km的近地小行星的觀測(cè)較為完備；還有大量直徑小于1km的近地小行星未被觀測(cè)到，未被觀測(cè)到的小行星中存在大量潛在威脅的小行星。

如果不能對(duì)它們進(jìn)行及時(shí)的預(yù)警和撞擊評(píng)估，即不具備戰(zhàn)能力，人類(lèi)也可能無(wú)法直接應(yīng)對(duì)小行星的撞擊。

目前，承擔(dān)普查直徑大于140m以上的近地小行星的地基望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目包括但不限于：卡特琳娜巡天望計(jì)劃、泛星巡天計(jì)劃和作為補(bǔ)充的小行星陸地撞擊持續(xù)報(bào)警系統(tǒng)（Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System, ATLAS）。我國(guó)紫金山天文臺(tái)的近地天體望遠(yuǎn)鏡也參與其中。

卡特琳娜巡天望計(jì)劃、泛星巡天計(jì)劃工作的天文臺(tái)

以及紫金山天文臺(tái)盱眙觀測(cè)站

（圖：shutterstock & 圖蟲(chóng)創(chuàng)意）▼

對(duì)近地小行星的監(jiān)測(cè)預(yù)警和碰撞評(píng)估，為變軌任務(wù)指定了目標(biāo)。實(shí)際上，小行星防御任務(wù)的思路主要有兩類(lèi)：

1. 將小行星推離預(yù)測(cè)或原本的軌道，使其不能與地球相撞；
2. 將小行星分解成在大氣層中可以燃燒殆盡的無(wú)害碎片。

走這條道會(huì)被撞，那就讓你換條道走

（圖：NASA）▼

可能的應(yīng)對(duì)方案可以總結(jié)為八字——“撞、炸、拖、牽、燒、噴、涂、拋”。

“撞”——?jiǎng)幽茏矒簦?strong>利用航天器直接撞擊小行星，使其軌道發(fā)生改變。

“炸”——在小行星上空、表面或內(nèi)部引爆核武器，利用高能量射線蒸發(fā)小行星表面的物質(zhì)，通過(guò)形成的高速?lài)娏鱽?lái)偏轉(zhuǎn)軌道或直接摧毀。

目前，核彈攻擊小行星的成功案例

只存在于科幻作品中

（圖：Armageddon）▼

“拖”——在小行星表面安裝火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)推離其軌道。

“牽”——發(fā)射一個(gè)飛行器繞行小行星，通過(guò)萬(wàn)有引力緩慢牽引，改變其軌道。

“燒”——利用高能激光灼燒小行星表面，通過(guò)物質(zhì)汽化形成的噴流改變其軌道。

高功率激光器能提供足夠的能量密度

熔化和蒸發(fā)任何已知的材料

（圖：shutterstock）▼

“噴”——利用電推進(jìn)航天器向小行星表面噴射高速離子流，改變其軌道。

“涂”——在小行星表面涂一層漆，改變小行星的反射率和熱慣量，利用太陽(yáng)的熱輻射反沖力改變其軌道（其原理為Yarkovsky效應(yīng)）。

直徑小的小行星還好

直徑大的小行星涂上個(gè)十年八載都有可能

（圖： Robert Lea）▼

“拋“——在小行星上安裝挖掘機(jī)，挖掘小行星表面石塊，并拋離小行星，利用動(dòng)量守恒定律改變其軌道。

挖掘機(jī)的點(diǎn)子已經(jīng)在游戲中實(shí)現(xiàn)

就是不知道要挖多久才有用呢...

（圖：steam）▼

這些手段除了”撞”之外，均處于構(gòu)想階段，還未驗(yàn)證。動(dòng)能撞擊已被應(yīng)用于小行星防御任務(wù)（DART），已是較為成熟的小行星防御手段。

小行星防御任務(wù)的開(kāi)展

2017年，為了證明防御策略具有備戰(zhàn)能力，國(guó)際小行星預(yù)警網(wǎng)絡(luò)（International Asteroid Warning Network, IAWN）以2012 TC4為目標(biāo)開(kāi)展了一場(chǎng)全球行星防御演習(xí)，共有14個(gè)國(guó)家參與了此次演習(xí)。

該演習(xí)目標(biāo)是使用全球的觀測(cè)資源，對(duì)該小行星進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)、建模和預(yù)測(cè)，并測(cè)試實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)和交互網(wǎng)絡(luò)的能力。盡管由于颶風(fēng)等不可抗力的原因而使演習(xí)失敗，但在實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)和結(jié)果共享上取得了成功。國(guó)際小行星預(yù)警網(wǎng)絡(luò)會(huì)實(shí)時(shí)更新與地球近交匯的小行星列表。

直徑約12m的小行星2012 TC4

在地球上空約43500km處以14km/s的速度飛掠地球

（圖：NASA/JPL-Caltech）▼

2022年9月27日，NASA的雙小行星重定向測(cè)試（DART）航天器成功撞擊了一顆名為迪莫弗斯（Dimorphos）的近地小行星。該小行星的直徑約為160m，是雙小行星系統(tǒng)中的伴星，主星為780m的迪迪莫斯（Didymos）。

DART任務(wù)將航天器在距離地球約1100萬(wàn)千米處，以約3.6km/s的速度撞向迪莫弗斯，并成功將其繞行迪迪莫斯的12小時(shí)軌道周期縮短了約32分鐘。

DART任務(wù)的示意圖

（圖：dart.jhuapl）▼

觀測(cè)表明，撞擊后，該雙星系統(tǒng)增亮7倍以上，并且形成了一條長(zhǎng)數(shù)萬(wàn)千米的塵埃尾。

視頻分別是在迪迪莫斯視角下撞擊的瞬間和撞擊后對(duì)塵埃尾的模擬結(jié)果。此次撞擊實(shí)驗(yàn)取得了高度成功，驗(yàn)證了動(dòng)能撞擊防御小行星技術(shù)。后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)，這次撞擊不僅改變了小行星的軌道，甚至改變了其形狀。

DART任務(wù)中在迪迪莫斯視角下撞擊迪莫弗斯的瞬間

（圖：ESA）▼

DART任務(wù)在撞擊后，對(duì)塵埃尾的動(dòng)力學(xué)模擬

用不同顏色標(biāo)注了不同直徑塵埃顆粒的演化軌跡

（圖：Wiegert）▼

繼美國(guó)之后，我國(guó)也在2023年4月25日公布了近地小行星防御的發(fā)展藍(lán)圖。

中國(guó)雖然起步晚，但勝在底子好▼

我國(guó)的小行星撞擊任務(wù)首先必須滿(mǎn)足5個(gè)基本條件：

1. 撞擊后不會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生威脅
2. 目標(biāo)軌道傾角不大于7°，偏心率不大于0.6；
3. 在撞擊前，地基望遠(yuǎn)鏡至少有一次觀測(cè)窗口；
4. 撞擊時(shí)，國(guó)內(nèi)的地基望遠(yuǎn)鏡可見(jiàn)，撞擊后，3年間至少有一次觀測(cè)窗口；
5. 目標(biāo)必須符合在2025年-2045年的任務(wù)發(fā)射窗口。

另外，目標(biāo)小行星的大小還不宜過(guò)大。一是節(jié)約成本，二是方便評(píng)估撞擊效果怎么樣。

基于這些條件，參與此項(xiàng)目的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心、國(guó)家航天局和深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)，將中國(guó)小行星撞擊的目標(biāo)初步選定為阿登型近地小行星2015XF261。

這類(lèi)小行星軌道的半長(zhǎng)軸小于地球，并且遠(yuǎn)日點(diǎn)大于0.983 天文單位（一天文單位為地日平均距離），會(huì)穿越地球軌道。

科學(xué)家通過(guò)2015XF261的亮度數(shù)據(jù)，估計(jì)其直徑約35.5米，大小長(zhǎng)短正好，最適合開(kāi)展初步實(shí)驗(yàn)。

小行星2025XF261的藝術(shù)想象圖

（圖：spacereference）▼

中國(guó)小行星防御任務(wù)致力于實(shí)現(xiàn)3大科學(xué)目標(biāo)和3大工程目標(biāo)。

3大科學(xué)目標(biāo)為：

1. 研究撞擊目標(biāo)的動(dòng)力學(xué)演化規(guī)律，探測(cè)目標(biāo)的軌道特征；
2. 探測(cè)目標(biāo)的形狀、大小、成分和結(jié)構(gòu)
3. 研究撞擊動(dòng)量傳遞規(guī)律，開(kāi)展地形變化和濺射物分布等研究。

3大工程目標(biāo)為:

1. 形成動(dòng)能撞擊在軌處置能力，實(shí)現(xiàn)在高速下高精度制導(dǎo)和控制能力；
2. 實(shí)現(xiàn)地基監(jiān)測(cè)天基探測(cè)兩個(gè)評(píng)估模式和方法；
3. 建設(shè)預(yù)警與處置決策支持平臺(tái)。

這次撞擊任務(wù)中，探測(cè)器將攜帶光譜及激光三維探測(cè)儀、中視場(chǎng)彩色相機(jī)、探測(cè)雷達(dá)、塵埃與粒子分析儀，奔向2015XF261。對(duì)小行星本體和撞擊過(guò)程進(jìn)行研究。

而許多前序工作也已經(jīng)開(kāi)始：

去年9月，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)成功對(duì)一顆進(jìn)入大氣層的小行星2024RW1進(jìn)行了完整追蹤。

今年5月29日，天問(wèn)2號(hào)探測(cè)器發(fā)射升空，將對(duì)2016HO3和311P兩顆小天體進(jìn)行一系列探測(cè)任務(wù)。現(xiàn)在，天問(wèn)2號(hào)還在去2016HO3的路上。

近地小行星防御任務(wù)的開(kāi)展不僅有利于保護(hù)地球和人類(lèi)安全，而且將進(jìn)一步激發(fā)人類(lèi)探索宇宙的探險(xiǎn)精神，提高人類(lèi)進(jìn)入太空的科技水平。

*本文內(nèi)容為作者提供，不代表地球知識(shí)局立場(chǎng)

封面：壹圖