華僑網 科技教育 如果小行星撞击地球,我们有哪些应对方法? | 科技袁人

如果小行星撞击地球,我们有哪些应对方法? | 科技袁人

导言:

“生年不满百,常怀千岁忧”。人类如果要在宇宙中生存下去,就需要有人考虑到这些威胁,预先为我们张开神盾防御。

■ 视频链接:

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本视频发布于2022年5月27日,观看量已达3w

■ 精彩呈现:

许多人都知道,恐龙是由于6500万年前的一次小行星撞击灭绝的。那么,你知道近期内对地球风险最大的小行星是什么吗?最近,我看到中国探月工程总设计师、我的科大前辈校友吴伟仁院士的文章《近地小行星撞击风险应对战略研究丨中国工程院院刊》,对小行星防御这个听起来很像地球神盾局的工作增加了很多了解。

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地球上发生过22次不同程度的生物灭绝事件,至少10次是由近地小行星撞击地球所致。近地小行星的质量可以通过等效直径来估算,相应危害程度分为5类:

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① 千米级,可引发全球性灾难,如6500万年前导致恐龙灭绝的K-T事件,发生概率为一亿年一次;

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② 140米级,可引发洲际性灾难,如2019年OK小行星事件,发生概率为1000 年一次;

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③ 50米级,可引发大型城市级灾难, 如1908年俄罗斯通古斯事件,发生概率为100年一次;

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④ 10米级,可引发小城镇级灾难,如2013年俄罗斯车里雅宾斯克事件,发生概率为30至50年一次;

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⑤米级,大多产生空爆并出现火流星现象,如2021年河南省驻马店市火流星事件,该类事件频繁发生。对撞击事件的统计表明,撞击落点在地球表面是均匀分布的。

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数据分析显示,100年内威胁最大的是直径约370米的编号99942小行星,名叫“阿波菲斯”(Apophis)。预测它会在2029年4月14日在距离地表3.1万公里处飞越地球,这个高度比地球同步轨道还低。它会在2068 年再次接近地球,撞击概率约为百万分之七。10年内威胁最大的是直径约18米的编号2016NL39小行星,预计在2030年6月30日距离地球12万公里处飞越地球,这个距离大约是地月距离的1/3。

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你也许松了一口气,但需要指出,超过98%的近地小行星尚未被人类发现编目。直径140米以上的有70%未被发现,直径50至140米的有97%未被发现,直径10至50米的有99%未被发现。这些未被发现的近地小行星会受到其他大型天体引力的影响而造成飞行轨道变化,撞击威胁难以准确预测,因而实际风险比已知的要严重得多。

从历史情况看,直径1公里以上的撞击事件发生概率较低,而且目前我们也没有办法应对,真要撞来了只能听天由命,说得专业点就是“难以有效实施在轨处置防御”。直径10米以下的撞击事件虽然频发,但实际危害较小。因此我们关注和防范的重点应该是10至1000米的近地小行星, 而直径30至50米的则是重中之重。

那么我们如何应对小行星威胁呢?包括四个部分:监测预警、撞击风险评估、在轨处置、灾害救援。

监测预警分为地基监测和天基监测,从技术原理角度又可分为光学观测、红外谱段观测、雷达探测,从应用场景看又分为日常编目、威胁预警和短临预报。

各个国家在近地小行星国际编目中的贡献率差别巨大。美国一家就超过98%,例如专用的光学望远镜就有11台,还在建设天基红外望远镜(口径0.5米)、地基大视场巡天望远镜(口径8.4米), 将形成监测1天文单位远处直径30米小行星的能力。欧洲的国际编目贡献率为0.88%,现有14台兼用的望远镜。俄罗斯有9台专用望远镜,但面向国际共享的监测数据较少,因此国际编目贡献率只有0.08%。中国只有一台专用望远镜,是中国科学院紫金山天文台位于盱眙的1米口径望远镜,可监测直径300米以上的近地小行星,至2021年共发现33颗,国际编目贡献率为0.13%。我国另有32台口径1米以上的望远镜也可兼顾近地小行星监测。

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在撞击灾害评估方面,由于小行星撞击地表的速度高达20公里每秒,撞击地表产生固–液–气–等离子体多相混合态而成为物理–力学–化学强耦合过程,人类缺乏相应的高温气体模型和地面实验技术,所以数十年来研究进展缓慢,理论建模还很不成熟。

最后来谈谈在轨处置,这可能是大家最喜闻乐见、脑洞大开的领域。许多人都能想到,用核爆炸来改变小行星的轨道。不过这样的实验还从未做过,已经做过的是动能撞击的实验。

2005年,美国成功实施“深度撞击”任务,370公斤的铜制撞击器在飞行4.3亿公里后以10公里每秒的相对速度撞击坦普尔1号彗星彗核,验证了动能撞击防御小行星的技术可行性。

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2021年11月24日,NASA发射了DART任务,这个词是“飞镖”的意思,同时也是“双小行星重定向测试”的缩写。计划在2022年9 月,用550公斤的撞击器以6.6公里每秒的相对速度撞击距离地球1100万公里的双小行星系统(编号65803)中较小的B 星(直径160米),预估撞击后B星出现0.4毫米每秒的速度变化,绕转周期缩短10分钟。没错,0.4毫米每秒,人类的能力在宇宙中目前就是这么渺小。但即使是这么小的效应,也是有希望测量到的。用地面光学设备和撞击前10 天释放的伴飞小卫星开展联合观测,可以对抵近探测、动能撞击、效能评估等关键技术进行演示验证。欧空局ESA计划在2024年发射伴飞小卫星,2026年绕飞这颗撞击后的小行星,以更精确地评估动能撞击效果并修正动能撞击偏转模型。

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对小行星的在轨处置除了瞬间撞击之外,还有激光烧蚀、拖曳、引力牵引等长期作用方式,但都尚处于概念探索阶段。一个有趣的进展是,我的朋友、中国科学院国家空间科学中心研究员李明涛、周炳红等人提出了“以石击石”(“以石击石”防小行星撞击,科学家们为地球操碎了心 | 科技袁人Lite)、“末级击石”等加强型动能撞击防御方案, 为防御大尺寸潜在威胁小行星提供了核爆之外的新选项。这是少有的来自中国科学家的原创设想,引起了很多国际媒体的关注。

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“生年不满百,常怀千岁忧”。人类如果要在宇宙中生存下去,就需要有人考虑到这些威胁,预先为我们张开神盾防御。

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■ 作者简介:本文作者袁岚峰,中国科学技术大学化学博士,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员,中国科学技术大学科技传播系副主任,中国科学院科学传播研究中心副主任,科技与战略风云学会会长,“科技袁人”节目主讲人,安徽省科学技术协会常务委员,中国青少年新媒体协会常务理事,中国科普作家协会理事,入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物,微博@中科大胡不归,知乎@袁岚峰(zhihu.com/people/yuan-l)。

■ 责任编辑:SS

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