小行星空爆影响分析及应对建议

王栖溪 梅 娜 包 赟

小行星撞击地球概述

我们居住的地球自诞生之日起就时刻面临“天外来客”的威胁，其中绝大部分的擦肩而过都不为我们所知。随着观测技术的发展，国际社会对防御小行星撞击的重视程度也越来越高。

2013年2月15日，俄罗斯车里雅宾斯克上空发生陨石爆炸，造成超过1 200人受伤。这颗陨石直径约18米，质量接近1万吨，以超过30千米/秒的速度进入大气层发生气化爆炸。其爆炸能量约为50万吨TNT，相当于1945年广岛原子弹爆炸当量的30倍，冲击波损坏了成百上千的建筑，造成巨大损失。

小行星是指围绕太阳运行，尺寸在1米至800千米内，且不易释放出气体和尘埃的天体。近地小行星指的是离地球轨道距离小于4 500万千米的小行星，如果小行星轨道与地球轨道的最小距离小于750万千米，一般就认为有潜在碰撞风险。目前已确认并记录的近地小行星已超过20 000颗，其中约2 000颗具有“潜在危险性”。

直径越大的小行星撞击地球所引发的灾害越严重（表1），目前在直径超过1千米的近地小行星中，90%以上已经被发现，但直径为100米左右的只有10%被发现，直径为40米左右的被发现的还不到1%。

表1 小行星撞击事件分类

小行星撞击地球的危害程度取决于其穿过大气层后的剩余质量和速度，这两个参数与小行星初始质量、初始速度、小行星结构以及撞击角度有关。小行星运行速度约为45千米/秒，地球围绕太阳公转的速度是30千米/秒，假如正面相撞，相对速度可达75千米/秒，即使小行星从后面“追”上地球，速度也可达15千米/秒。小行星超高速进入地球大气层，在大气层中形成极强的高温高压冲击波，引起大气分子电离发光，进而在超高速气动力和气动热相互作用下发生爆炸解体，形成火流星。直径较小的解体碎块会在大气层烧为灰烬，直径较大的解体碎块则会撞击到地球表面，在短时间内急剧释放其携带的巨大动能，造成巨大灾难。

据统计，从1988—2019年底，全球共发生723次火流星事件，平均每个月有两次火流星事件。

撞击地表影响

小行星撞击到地球表面，在短时间内会急剧释放其携带的巨大动能。若撞击靶区是陆地，则使撞击区域的地表破碎、熔化，形成陨石坑；同时，撞击产生的冲击波可能诱发强烈的地震和海啸，引发森林大火。地表岩石产生的各种气体、尘埃和森林燃烧的灰烬弥漫充斥整个大气层，遮住阳光，可使地球整年平均温度下降几摄氏度。

若撞击到海洋，则会把大量的海水反溅或蒸发到大气中。如果撞击到海底，在抛向大气的材料中还包含地表、地幔和小行星材料。海啸是小行星撞击海洋过程中最典型的自然现象，撞击发生后海水被迅速挤压，产生的冲击波在水体内传播，引起海啸，产生一定高度的“海墙”在海面传播。据报道，有颗名为“Eltain”直径4千米的小行星，曾撞击到南太平洋底部，在距其1 200～1 500千米远的海域引起高度达到200～300米的海啸。小行星撞击海洋表面的破坏半径比撞击陆地更大，破坏半径大约与小行星撞击能量的1/2次方成正比。

空爆对空间天气影响

小行星超高速穿越大气层，会在大气层中形成极强的高温高压冲击波，特别是在空中发生燃烧空爆，会对电离层产生巨大影响。

若空爆发生在高空，爆炸使大气电离，造成电离层低层的等离子体浓度急剧增加，可形成附加等离子体层，会影响无线电波的传播，使中波、短波被异常吸收，超短波发生异常衰落，导致信号质量下降甚至中断。此外，高温高压火球爆炸向外膨胀时会压缩地磁场，而地磁场则会约束其产生振荡，激发磁流体力学波，从而扰动电离层和磁层；这个膨胀压缩过程只有在等离子体压强和磁压强与大气压强达到平衡时才终止，其波及范围达数百至数千公里。另外，部分带电粒子可能被高空地磁场捕获并形成附加的高能粒子辐射带，其可能存在数天至数月，加在等离子体层顶附近，形成对磁层的一个新的扰动源，并对空间电子设备造成威胁。

若空爆发生在低空，火球本身的运动触及不到电离层，但爆炸产生的冲击波向上传播时，可能转化为声重波进入电离层，引起电离层的扰动，电子浓度剧烈起伏，层内出现不均匀结构，从而对电波传播产生一定的影响。若产生的声重波足够大，这种扰动可以持续数小时，影响范围达数千公里，直至能量全部耗尽。

对策建议

小行星在太空中按照一定的轨道运行，为我们开展预警工作提供了条件：一是对近地小行星进入地球空间、影响程度及撞击地点可提前预报；二是对近地小行星撞击地球可以进行人为干预。预防小行星发生灾害性空爆甚至撞击地球，应重点加强以下工作：

① 提高小行星跟踪监测能力

我国以紫金山天文台为首的多个台站具备小行星观测能力，但观测设备口径小、数量少、站址单一、探测能力有限，相比国际水平还有一定差距。从长远来看，应尽快建立小行星跟踪监视体系，以地基为主，同时发展能够与地基系统配合工作的天基观测能力，并纳入国际监测体系。从短期来看，应发挥已有的空间碎片监测网的作用，利用地基望远镜组网满足全球时区覆盖，实现不间断观测，不断补充完善小行星数据库，特别是对140米直径以上的小行星要尽可能完备掌握。

② 建立完善的预警预报机制

建议建立国际协作信息共享机制，开展近地天体灾害评估、减缓方案及相关科学的研究。对有严重破坏力(直径＞140 米)的天体应进行长期监测和预报，对可测天区内有局部破坏力(直径约30～50米)的天体要做到提前24小时预报。对于小行星进入大气层后（撞击或空爆）造成的影响，要根据小行星直径、速度、空爆高度或撞击区域制定详细的灾害预报预警等级规范，预置有效的规避措施。

③ 建立小行星防御应急响应机制

我国在小行星偏离、进入与撞击风险评估等方面尚未开展系统性研究。建议尽快开展小行星防御有关研究，构建能满足国家安全需求的小行星防御地面演示验证平台及仿真平台，支撑应对小行星撞击事件的决策和使危害减缓的措施，针对不同情况研发近地行星防御技术，并加大相关研究投入，制定并完善潜在危险小行星应对策略，针对高风险小行星做好应对，选择改变近地行星轨道使之避开地球或使其分裂成碎片。

表2 我国主要观测站及设备