开启地球保卫战——PSI行星科学研究所博士后研究员邹小端谈如何防御小行星

□ 邹小端

开启地球保卫战
——PSI行星科学研究所博士后研究员邹小端谈如何防御小行星

□ 邹小端

火流星和小行星有什么关系，小行星对地球会产生多大的威胁，我们如何对小行星监测和防御，本刊特邀PSI行星科学研究所博士后研究员邹小端为大家解答这些问题。

▲ 漫画作者 Dave Coverly，来自漫画“Speed Bump（减速带）”。文字内容：“我承认，这一发现确实像是印证了恐龙灭绝的小行星撞击说。”

问：2017年10月4日中秋之夜，在我国云南，很多赏月的人共同目睹了伴随巨大爆炸声的火流星事件，那么什么是火流星，火流星又是怎么形成的？

答：火流星通常是米级直径的来自小行星、彗星或星际空间的碎片闯入地球大气被加热融化发生爆炸产生的。我国云南看到的那颗火流星据报告称爆炸高度为37公里，释放的能量相当于540吨 TNT 炸药，算是尺寸很小的，威胁也有限，通常没有预警。

▲ 1988～2017年火流星发生概况（红色大圆点为车里雅宾斯克事件）

问：那么什么样的火流星会对地球产生较大的威胁，目前有什么监测办法吗？

答：对于火流星的监测，目前除了数个遍布全球的专业和业余天文观测者架设的流星监测网之外，还有美国用于导弹预警的侦察卫星，以及国际全面禁止核试验条约组织用来监控全球核试验的次声波监测网，都在发挥作用。下图是来自NASA JPL（喷气动力实验室）网站的火流星全球记录，它记录1988年到现在的火流星全球分布和强度，图中不难看出过去的不到30年间，地球不断被各种大小的小行星冲击的情况。

其中对地球威胁较大的主要是近地小行星和彗星。近地小行星是指离太阳的最近距离小于1.3天文单位的小行星。我们把近地小行星中那些直径大于150米，运行轨道与地球平均轨道的最小距离小于0.05天文单位的称为潜在危险小行星（The Potentially Hazardous Asteroids(PHAs)）。截至2017年11月5日，已发现小天体共计739476个，其中近地小行星17114颗，潜在危险小行星超过1800颗，这些数据每天都在更新，并且是完全公开的，可以在国际天文联合会小天体中心的网站查询。

[小知识]：国际天文联合会（IAU）的小天体中心The Minor Planet Center(MPC)是唯一一个接收和发布所有小天体位置测量数据的站点。MPC负责所有这些小天体的识别认定和轨道计算，记录每个天体目标的发现者，并向全世界发布小天体新发现。

网址是：www.minorplanetcenter.net

▲ 位于美国亚利桑那州的巴林杰撞击坑，直径1200米，深约170米，把埃及大金字塔和狮身人面像作为参考来体现这个撞击坑的壮观程度

问：如果一颗体积足够大的小行星撞上地球，会发生什么？

答：其实地球每天都在受到大量来自地外空间物体的打击，而我们遭受较大体积小天体冲撞的可能性也比大众通常认为的要高。大约5万年前一颗小行星撞击在美国亚利桑那北部的沙漠里，留下来著名的巴林杰撞击坑。1908年发生在俄罗斯西伯利亚上空的通古斯大爆炸事件威力相当于两千万吨TNT炸药，造成超过2150平方公里内的8万颗树的焚毁。2013年2月，一颗直径约17米的小天体坠入地球大气，下降成一颗超级火球，在俄罗斯车里亚宾斯克州上空爆炸，这一陨石事件造成约上千人受伤，数千建筑物损毁。无数的火流星事件，以及地球表面保留下来的巨大陨石坑遗迹，都成为小行星对人类威胁的证据。真正对地球生物具有致命威胁的小天体，需要一套提前发现、跟踪、预警，并协同全球力量采取对抗措施的系统来应对。

问：目前国际上有哪些主要的行星防御机构？

答：虽然欧空局和中国都已经开始加入到行星防御的阵营中，但是目前在全球扮演主要行星防御角色的还是NASA。NASA行星防御协调办公室（Planetary Defence Coordination Office, PDCO），在NASA位于华盛顿特区的总部大楼。目前由林德利·约翰逊领导，该部门主要负责协调与行星防御相关的NASA各机构和政府其他部门活动，以及国际合作项目等，从而制定小行星撞击的灾难预案。该部门将协调全球的观测和研究资源，发现所有对地球有剧烈撞击威胁的自然天体，评估潜在的撞击威胁，制定最小化小行星撞击对人类影响的应对策略。

问：您能帮我们简单介绍一下行星防御协调办公室的主要工作吗？

答：首先最重要的是发现尺寸大于30～50米的预报轨道在距离地球0.05AU范围内的小天体，跟踪并确认这些PHA的分类，发出潜在威胁的预警，提供及时的准确的关于潜在危险小行星的信息通讯，然后领导政府机构制定针对实际威胁的应对方案。PDCO主要依赖NASA近地小行星观测计划所支持的项目数据，同时协调自然科学基金支持的地基望远镜项目和美国空军空情侦查设施的观测结果。除了发现、跟踪和鉴别潜在危险小行星，NASA行星防御的目标还包括开发偏转或重定向指向地球的小行星轨道，在无法偏转或重定向威胁目标的情况下，PDCO负责向联邦应急管理机构提供专业的信息输入，以便对目标天体采取应急的军事行动。如果一个潜在危险小行星在未来的100年内有超过1%的可能性撞击地球，PDCO会通过NASA局长向总统办公室、国会和其他政府机构发送报告。

问：除了发现、跟踪、鉴别和预警潜在危胁小行星外，行星防御协调办公室还做了哪些工作来帮助我们共同防御小行星？

答：PDCO除了和美国政府机构合作，还与其他国家和国际机构，以及全世界专业天文学家和业余天文爱好者合作。例如针对潜在威胁的近地小行星，PDCO会负责促进科学界与公众之间的沟通，调整公众对小行星威胁的认识，只有大家对小天体撞击事件有一个正确的认识，才能在威胁到来的时候，及时统筹应急方案，集合全球的力量配合指定策略，同时，也避免公众产生不必要的恐慌。PDCO还与外层空间事务管理局合作，与其和平利用外层空间委员会和近地天体行动小组（又称，第十四行动小组）通力合作，PDCO同时还是国际小行星预警网络和空间飞行任务规划咨询组的领头成员，这些都是联合国支持的由全球具备空间应对能力的国家联合组建的机构。PDCO还通过诸如NASA小天体评估组织（SBAG）等渠道与科学界进行交流。

问：目前发现小行星的能力到了什么程度？

答：目前超过140米直径的小天体被认为是最危险的群体。这个尺寸分界线由NASA近地天体科学小组在2003年建立，理由是在此尺寸以下的天体只会造成区域效应，而较大的天体，300米可造成亚全球影响，而1公里可造成全球影响。由于目前技术手段的局限性，140米以上直径的近地小天体，仍有74%尚未被发现。美国国会为NASA提出的要求是在2020年之前，发现90%以上的直径超过140米的小行星，这将对空间防御起到至关重要的作用。当然，实际上为了达到最大程度的防御能力，我们需要探测到所有直径超过30米的小行星，因为这些尺寸具有高度的破坏性，这就需要下一代空间望远镜的超强巡天能力了。

问：有任何已知的对地球构成威胁的小行星吗？

答：根据目前的数据，在接下来100年内没有撞击可能性超过1%的小行星。已知最大影响风险的是小行星2009 FD，它将在2185年有714分之一的机会撞击地球。但是，并不代表我们是绝对安全的，随着观测能力的提升和小行星数据库的不断更新，潜在危险小行星数据库也会随之更新。

问：我们如何防止小行星撞地球？

答：第一，提高观测能力，全天候的巡天检测，保障小天体不会漏网。

第二，提高预报轨道的精度，例如通过类似OSIRIS-REx这样的空间探测任务去监测小行星的轨道细微变化，从而提高轨道模型的精度，从而尽早地精确地计算小行星是否会撞击地球，并预报撞击的位置和时间。

第三，研发空间防御小行星的技术，例如：

▲小行星的空间分布（绿色是近期不会接近地球的小行星，红色是近地小行星）

▲ 根据预警时间和小行星直径的策略选择

灾害防护和恢复措施，就像对待海啸地震一样，预警，保护，灾后救援；

重力牵引技术，通过重力牵引改变小行星的轨道；

气化小天体挥发物，减小其质量，并改变其轨道；

动能撞击技术，通过撞击使小行星减速从而改变其轨道（NASA的DART 任务正是在试验这项技术）；

核武器打击，包括远程击碎和小型表面核爆炸改变轨道；

推进器附着技术，着陆小行星，通过飞行棋施加的小推力，使其变轨。

问：可以直接从地面击落小行星吗？

答：在撞击前数分钟或者数小时击落一颗小行星是不可行的，因为在平均每秒20公里的速度下，没有任何现有武器能粉碎一个上百米直径的小行星而避免对地面造成伤害。就目前来说，人类的处境既乐观又不乐观，乐观的是，我们拥有了防御的意识并开始准备，而且由于地外空间真的非常大非常空，撞击发生的概率相对于我们每个人来说微乎其微；不乐观在于，大众对于小行星的了解非常少，而国际上的行星防御机构目前实际掌握的小行星数据也不够一半，我们的深空技术也处于发展的初级阶段，如果真的遭遇突如其来的威胁，全球各国真的能联合起来高效率的解决一个每秒飞行20公里的庞然大物吗？

责任编辑：夏丹