死里逃生：规避小行星的威胁

Nigel Henbest　文　Shea　编译
当一颗流浪的小行星径直冲我们而来，我们对它的防御能力究竟有多强——能避免灭顶之灾吗？

　　好莱坞灾难片的情节其实很容易上演。2012年2月，一个名叫Jaime Nomen的年轻牙科医生在沿着西班牙地中海沿岸航行时，通过他的笔记本电脑从600千米之外的一个天文台获得了它的观测图像。突然，他发现有一光点正在加速穿过牧夫座。Nomen知道它到底是什么。


　　他立刻报知了收集小行星和彗星信息的小行星中心。世界各地的望远镜迅速采取行动，测量这颗新小行星的轨道。结果令人惊讶：小行星2012 DA14差一点就会撞上地球。

　　2013年2月15日它会在我们头上仅25,000千米的地方擦过地球——这个数字仅为曝光度高得多的毁神星在2013年1月初飞掠地球时的1/500，甚至比毁神星在2029年再次飞掠地球时还要靠近地球。2012 DA14小行星届时将会从地球同步轨道上的通信卫星之下、国际空间站和哈勃空间望远镜的轨道之上安全地飞过。

　　“我已经不会轻易地对飞来的近地小行星感到惊讶了，”美国宇航局（NASA）近地天体办公室主任的Don Yeomans说，“但这次却是这一已知尺寸的小行星将会创造的新纪录。”

　　通过快速地观测，天文学家估计2012 DA14的直径约为45米——与1908年在西伯利亚无人居住的通古斯地区上空爆炸的天体大小相当，此次爆炸夷平了方圆2000平方千米内的8000万棵树木。虽然2012 DA14不会撞击地球，但这次密近交会却提出了许多重要的问题。我们真的能事先发现下一颗会撞向地球的杀手小行星吗？如果可以的话，我们又能做些什么？

重要的力量

　　2012 DA14的发现其实让人大跌眼镜，因为它是由天文爱好者做出的，他们的天文台位于西班牙格拉纳达附近萨格拉的黑暗群山中，包括了三台配备了现成摄像头的小望远镜。像Nomen的团队这样有热情、懂技术的天文爱好者队伍对于发现小行星而言是至关重要的。萨格拉的团队每年会发现大约15个近地天体，相对于更大的团队数量虽然微小，但却至关重要。“就算是大型的巡天也无法在所有时候覆盖整个天空，而目前天文爱好者的设备已经可以和15或者20年前的专业装备相媲美了，”负责卡特琳娜巡天的Steve Larson解释说。作为世界上最高产的小行星猎人??，使用位于美国亚利桑那州和澳大利亚赛丁泉的两架望远镜，Larson的团队已经发现了超过4200颗的近地天体。“我们非常赞赏Nomen团队的努力，”他说。

　　卡特琳娜巡天的一个发现彰显了小行星搜寻的价值。2008年，它第一个预报了有一颗卡车大小的小行星将会撞击地球。这颗小行星被命名为2008 TC3，预计会在一天之内撞击苏丹北部。天文学家们向五角大楼甚至白宫发出了预警。如预计地，当这颗小行星以相当于一千吨TNT当量爆炸时，一名飞行员在苏丹上空看到了它所产生的火球。几个月后，科学家们找到了散落在沙漠中的这批新鲜的陨石——等价于一次近地天体的“采样返回任务”。 “2008 TC3是我们做出的最令人兴奋的发现，”Lason说。

　　然而，天空中仍有一个区域无法被很好的监测。对于北半球的望远镜来说，南极的天空永远不会升起到地平线之上，因此就算是大小是其前任的2倍、位于夏威夷毛伊岛哈雷阿卡拉山之巅的全景巡天望远镜和快速反应系统（Pan-STARRS）对此也无能为力。靠近库纳巴拉布兰的赛丁泉望远镜近是唯一能发现从最南端天空飞来的危险小行星的工具——但卡特琳娜计划在2012年年中削减了其经费。当唯一仍在那儿职守的天文学家Rob McNaught于去年9月去英国时，赛丁泉巡天被关闭了一个月，在我们的监测能力中留下了一个完全的盲点。

　　在今后几年的时间里，这个洞会由位于智利帕琼山的大型综合巡天望远镜（LSST）来补上。有着8.3米的直径，其镜面是一个在世界上最大的之一，它能发现比Pan-STARRS所见暗得多的小行星。在大型望远镜中独树一帜的是，从太阳系到宇宙边缘，LSST将会扫描天空，识别出最暗弱的天体。

　　“相对于现有的巡天，LSST能把预料之外的与地球碰撞的风险减小到目前1/00～1/10，”LSST主管Tony Tyson预期。他的团队已经在铸造其巨大的玻璃镜面并压平了山顶来为后续的基建做准备。这架望远镜预计会在2019年进行首次观测，然后将开始对近地天体进行历时10年的巡天。“一旦LSST上线，它将成为这一领域的大鳄，主导地面上的近地天体的巡天发现，”Yeomans说。

　　这确实非常好，但在太空中来搜寻小行星甚至会更好。地球上的望远镜只能在夜间来寻找小行星，这使得它们的巡天被限制在了远离太阳的区域。这使得我们看不到任何从地球轨道之内飞来的危险小行星。更重要的是，在可见光波段上因太暗而不可见的较小的小行星相对于漆黑冰冷的空间背景会发出明亮的红外辐射——但地球大气层会阻挡其中的绝大部分。这就是为什么一个私人机构正计划建造并发射一个被称为“哨兵”的搜寻小行星的空间望远镜的原因。

小但危险

　　“哨兵”将仿照斯皮策望远镜——哈勃空间望远镜在红外波段上的兄弟——和目前正在寻找其他恒星周围行星的开普勒望远镜。如果可以筹集到资金，“哨兵”会在2018年左右发射，它将在金星附近绕太阳公转。“对于搜寻更小但却仍危险的小行星来说，这将是更有效得多的办法，”航天飞机和国际空间站任务资深专家、前宇航员Ed Lu说。与“阿波罗”9号宇航员Rusty Schweickar以及第一个提出宇宙撞击导致地球上生物大规模灭绝的、普林斯顿高等研究所的Piet Hut一起，他们成立了B612基金会。他们旨在通过私人捐款来筹措“哨兵”所需的4亿美元成本——远低于NASA的“开普勒”任务。

　　这个基金会相信有几个原因能使其成本降下来。不仅是红外系统和计算机正在变得越来越便宜，而且“哨兵”还将使用由私人公司SpaceX制造的火箭来发射。

　　如果B612可以保证资金——仍是巨大的未知数——“哨兵”是发现近地天体的最佳途径，同时它还能对其发现的这些天体的大小给出好得多的估计。对小行星来说，大小决定了一切。导致恐龙灭绝的小行星其直径约10千米；任何大于1千米的小行星都会导致全球性的灾难。

　　幸运的是，得益于近地天体猎人们到目前为止的出色努力，在这方面也有好消息。“我们已发现了最大的近地小行星中的约94％，”Yeomans说，“它们中没有一个会在未来100年里构成威胁。”

　　因此，重点是那些能摧毁所撞击的整个区域的天体。这些潜在威胁小行星的直径都大于140米。Larson说，目前仅发现了1350个潜在威胁小行星，估计总数有30000个。LSST在智利的巡天会把目前这个可怜的数字提高到总数的75％。

　　至于更小的通古斯级别的天体，我们知道其轨道的大约只有1%。如果能成功，“哨兵”会发现它们中的半数以上，并在撞击发生前数年——即便不是数十年——发出警告。那么我们该如何保护自己？

　　这一切都取决于我们有多少时间。“时间越长，改变小行星轨道所需的方式就越柔和，”Larson说。

　　Lu说，最好的办法是一系列的偏转机动：先是一次大型撞击，然后使用能微调小行星路径的小推力。之前已经有了这样的“动能撞击”的先例。虽然旨在探测彗星的组成，但2005年NASA的深度撞击任务以一个铜制撞击器重击了坦普尔1号彗星。

　　欧洲航天局正在筹划一个类似的的任务前往第65803号小行星Didymos（意为“孪生子”），它是近距双小行星中较大的一个。计划在2020年左右发射，小行星撞击和偏转评估（AIDA）将携带一个撞击器来撞击这颗直径800米的小行星，并观测撞击的结果。

　　“无论是从地面和空间，撞击应该会对其轨道周期产生可观测的影响，”AIDA规划师Andrés Gálvez说，“虽然我不希望如此，但这将验证我们在相对较短预警下使用动能撞击的可行性。”

　　对于次级偏转，Lu建议使用引力牵引机——他说，利用现有技术就可制成。此时，航天器会非常得靠近小行星，它们可以感受到彼此的引力。航天器上的火箭轻轻地将其本身推离这颗小行星；就像绳子上拴着的狗，在相互引力的束缚下小行星也会跟着一起运动。无论小行星转得有多快或者由什么组成，这个方法都应该能奏效。

　　甚至更富有想象力的想法也已经被提了出来，例如在小行星上按一枚火箭；使用“质量引擎”通过把物质抛射出小行星来推动它；聚焦太阳光到小行星表面来蒸发其岩石进而使得它运动；甚至还有使用“彩弹”来将小行星刷成白色，由此太阳光的光压会渐渐把它推出威胁地球的轨道。“目前这些还都停留在科幻小说的范围，”Lu说。

　　如果我们正好要面临一次类似通古斯似的空中爆炸而非一场全球性的灾难的话，那偏转甚至可能都是没有必要的。“在被引起重视前，一个直径40米的天体需要对准人口密集地区，”Yeomans说，“政策制定者将不得不决定是偏转它（如果有时间的话），还是让它撞击（它极有可能会毫无杀伤力的击中海洋或无人区），或是疏散受到威胁地区。”应对小行星撞击地球由此将进入更像是减灾预报的领域——类似于处理预报的飓风、地震或火山爆发。

　　我们是否有可能会被来自太阳系某个地方的一颗大彗星打个措手不及吗？联合国的一个委员会正就此在商讨一个国际化应对的行动计划。讽刺的??是，它的下一次会议将在小行星2012 DA14嗖嗖地从我们头上飞过时举行。

　　同时，NASA对于全球性威胁的应急计划类似于布鲁斯·威利斯的电影：用核武器把小行星炸了。“对于没有10～20年预警时间的应急任务，使用核爆炸装置是目前唯一在技术上和经济上可行的方案，”美国爱荷华州立大学的Bong Wie说。作为NASA的一部分，他的小行星偏转研究中心正在设计一枚能将危险的小行星或彗星摧毁的核导弹。

　　总有一种担心，爆炸产生碎片可能会引发和原来的小行星一样多的破坏。但Wie说，爆炸会瓦解和粉碎小行星：“如果我们有至少几个月的预警时间，那么爆炸产生的残骸云将远远超过地球的大小，”他说。他的计算表明，该天体只有不到0.1％的物质最终会撞上地球。

　　为了炸毁小行星，核装置必须在其内部而非表面引爆。因此，Wie的方案分两步：先爆炸出一座环形山，然后在其深处进行核爆。他正在计划一个测试任务——他称其为深度撞击2，让一个航天器度撞击一颗小型的小行星，但并不进行核爆炸。
　　联合国外层空间条约禁止任何国家在太空部署核武器。但如果真的需要，Wie并不认为会有任何真正的反对意见。“如果我们在较短的预警时间内真有一次碰撞的威胁，”他预测说，“我不认为这将是一个法律上的问题！”
出自：New Scientist
发布日期：2013-01-30

2001-2013 火流星工作组制作


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