探寻近地小行星的真相
2024-09-06 00:00:00张唯诚
科学24小时 2024年9期
假若你接收一份快递，7年的等待期肯定让人不可思议，但如果快递的包裹来自一颗小行星，恐怕你会非常乐意等吧。2023年9月24日，一个名为OSIRIS-REX的探测器向地球扔下了一个容器，里面装有这个小行星探测器于2020年10月从小行星“贝努”那里收集到的岩石和尘埃。经过３年的返程，又经过灼热的坠落，这份来之不易的“快递包裹”随着返回舱的平安落地，终于降落到美国犹他州奥格登附近的希尔空军基地。
这是人类第三次从小行星上取回物质样本了，前两次是由小行星探测器“隼鸟号”和“隼鸟2号”完成的，它们分别于2005年和2018年从小行星“糸川”和“龙宫”上取回了样本。但这一次，OSIRIS-REX取回的物质样本比前两次要多得多。
现在，人们有理由对这些来自小行星的碎片充满期待，因为它们包含的信息可能有助于人们探索太阳系是由什么物质聚集而成的，还可以让我们了解小行星撞击地球会给人类带来多大的灾难，甚至可以提供线索以帮助人们弄清科学史上的一个最大谜团——生命是如何开始的？
科学家猜测，一些富含碳的小行星有可能为地球带来了生命的种子。美国亚利桑那大学的行星科学家但丁·劳雷塔是OSIRIS-REX任务的负责人。他认为：“我们要在小行星上寻找蛋白质中的氨基酸和核酸之类的物质，它们是使地球上生命的出现成为可能的遗传指令的组成部分。”科学家们知道，在“贝努”这样的小行星上，你基本上没有机会发现任何生命，但从收集到的岩石和尘埃中，人们有可能看到有机分子是如何在生命出现之前发生进化的。
然而，远不止这些。研究人员还在设想从“贝努”上学到更多的知识。例如，小行星碎片可以帮助科学家们确定是否有些太空岩石是松散和易碎的，以及当“贝努”这样的小行星靠近太阳时，它们会出现怎样的情况。有科学家认为，那些由松散物质组成的“碎石堆小行星”在靠近太阳时会发生分解，因为人们观测到的在太阳附近轨道上运行的“碎石堆小行星”比预期的要少。
科学家们认为，研究小行星的组成对于评判小行星对地球会构成怎样的威胁至关重要。美国马里兰大学公园分校的行星科学家杰西卡·桑森指出：“从原理上讲，小行星可以给我们带来生命，也可以把生命带走。从恐龙的遭遇来看，这件事情的确发生了。”他为此解释道：“如果你想消除小行星对地球的威胁，那么你首先要了解它们的物理特性，因为它们的破坏力取决于它们由什么物质构成，以及如何构成。如果它们撞击了地球，那么物理特性的不同会导致它们对地球的伤害也不同。”
靠近另一颗小行星
探测了“贝努”后，OSIRIS-REX的任务并没有就此结束，它又向另一颗小行星“阿波菲斯”飞去，只是它又拥有了一个新名字“OSIRIS-APEX”。
“阿波菲斯”是2004年6月发现的，这个称谓原指古埃及神话中的毁灭之魔，它住在冥界，以蛇的形象现身，每天都试图在太阳神出现时吃掉它。
“阿波菲斯”围绕太阳运行的周期是323天，其轨道会与地球轨道相交，这种情况预示着“阿波菲斯”撞上地球是有可能的。事实上，当科学家们发现了这颗小行星并计算了它的轨道后，他们就认为，这颗小行星有可能在2029年4月13日撞击地球。假若2029年的撞击没有发生，它还会在2036年再度冲向地球，这一次，它依然有可能撞上地球。
然而，科学家们对“阿波菲斯”的进一步追踪表明，这两次可能发生的撞击都不会真的发生，但那时“阿波菲斯”会无限接近地球，这给科学家们研究这颗危险的小行星提供了很好的机会，也正是科学家们安排OSIRIS-APEX于2029年4月近距离探测“阿波菲斯”的重要原因。届时，OSIRIS-APEX将有18个月的时间对这颗直径为350米的小行星进行近距离的研究，它还将在非常靠近“阿波菲斯”的时候，利用推进器的喷射力冲走“阿波菲斯”表面的碎石，以便将它的亚表面物质暴露出来，从而对其组成进行更深入的观测。
其实，对于小行星的物质组成，此前的研究已经使人类有了一些大致的了解，因为小行星上的物质有一些也曾经陨落在了地球上，科学家们用光谱分析的方法研究过它们。现在我们知道，有些小行星是金属的，它们来自古老行星的核，这些古老的行星在很久以前被撞碎之后，其熔化的金属核便四散喷射开来，然后凝结成金属小行星。但更多的小行星是石头的，它们的成分是硅酸盐，类同于我们地球上的岩石。还有一些小行星富含碳和有机化合物，它们也许只是一些松散的碎块，它们可能被不断地撞碎，然后又聚集在一起。
科学家们认为，只有对不同的小行星有了足够深入的认识，且找到不同的应对方法，人类才有可能有效地防范小行星对地球的撞击，这也正是科学家们热衷于探索小行星的重要原因。
应对小行星撞击的几种办法
在太阳系中，小行星主要分布在位于火星和木星轨道之间的小行星带中。通常情况下，它们都在这个小行星带里活动，但有时候，它们中的一些会因外力的扰动而改变轨道运行到靠近地球的位置，人们称这种小行星为“近地小行星”。有些近地小行星的轨道和地球轨道相交或距离地球轨道非常近，它们被认为是 “有潜在危险的近地小行星”。上文所提及的“贝努”和“阿波菲斯”都是这样的天体。
其实，“贝努”和“阿波菲斯”并不是仅有的让我们感到担忧的近地小行星，它们只是众多“存在潜在危险的近地小行星”中的两颗而已。那么，要防范这些小行星对地球的潜在威胁，人们目前有什么应对策略呢？
一个简单的办法是用核弹头摧毁飞临地球的小行星，但这样做存在很大的风险，因为被击碎的小行星可能与一颗完整的小行星同样可怕，甚至更为可怕。因此，人们设想不直接击中小行星，而是让核爆炸在小行星旁发生，这样一来，冲击波就可以将小行星推开了。同时，人们还设想在小行星上安装引擎，从而将小行星从危险的轨道上推开。还有一个办法叫作“引力拖船”，就是将一艘核动力飞船发射到小行星旁边，由于这艘飞船非常重，它便对小行星产生一股微小的引力。这股引力虽然小，但日积月累便会产生以小引大的效果，最终迫使小行星渐渐离开会与地球撞击的轨道。
当然，所有这些办法还只是初步的设想，需要进一步的探索和验证才可以实施。
探索近地小行星的“中国智慧”
我国用太空探测器探索近地小行星虽然起步较晚，但起点不低。2012年12月13日，我国的月球探测器“嫦娥二号”在完成了预定的月球探测任务后飞到了一颗名为“图塔蒂斯”的近地小行星L0SyMrzo/rz2nUt3SPbZkg==附近。“图塔蒂斯”第一次被发现是在1934年2月10日，但不久后它便逃离了人们的视线，直到1989年才由一位法国天文学家再次发现。
“图塔蒂斯”每4年就会靠近地球一次。2004年9月29日，它距离地球不到160万千米，相当于地球和月亮之间距离的4倍，在太空中，这个距离非常小。
临近“图塔蒂斯”后，“嫦娥二号”月球探测器一点点地接近，并拍下了清晰的照片。这时，人们才清楚地目睹了这颗小行星的外形：它长得既像一块生姜，又像一粒花生。
“图塔蒂斯”由硅酸盐构成，明显有一大一小两个部分，表面粗糙，布满大大小小的陨石坑。人们推测，它的内部一定包含大量撞击留下的碎石。
“嫦娥二号”飞临“图塔蒂斯”是人类首次实现对这颗小行星的探测。此前只有美国、欧空局和日本用太空探测器近距离探测了小行星 。
2023年4月，我国提出了一个实施近地小行星防御的发展蓝图，计划在2030年实现一次对小行星的动能撞击实验，在2030至2035年间对小行星实现推离偏转，在2045年前初步具备针对小行星的轨道控制能力。具体地说，我国科学家将对一颗数千万千米之外的小行星实施动能撞击，使其改变运行轨道，并在轨开展撞击效果评估，实现“撞得准，推得动，测得出，说得清”的目标。
据科学家介绍，假如要改变一个直径30米左右的小行星的运行轨道，人们可以发射两个航天器，其中一个对小行星进行探测，把小行星的情况弄清楚；另一个是撞击器，撞击器将按照科学家的指令对小行星进行撞击。撞击后，小行星的轨道有可能改变3～5厘米。随着时间的推移，它就会慢慢地偏离原来的轨道。
为了应对小行星的威胁，我国还将建设一个名为“中国复眼”的大规模分布孔径深空探测雷达。“中国复眼”由25部30米孔径雷达组成，能对千万千米外的小行星进行探测和成像。这个项目计划于2025年建成，它将为人类防范外太空小行星撞击风险提供强大的技术支撑。
探索小行星，尤其是近地小行星，并防范它们撞击地球是全人类共同的责任。随着国力尤其是科技实力的日益增强，我国必将在小行星探测和研究领域发挥越来越重要的作用。
