我國近地小行星防御任務曝光，有多少小行星會威脅地球？

近日，中國工程院院士吳偉仁在中國科協(xié)年會上透露，中國將在未來十年實施近地小行星防御任務。什么是小行星？對地球有多大威脅？如何防御撞擊？

撰文/記者 陳永杰 圖文編輯/陳永杰

圖片來源/視覺中國

審稿專家：

焦維新（北京大學地球與空間科學學院教授）

10月22日，中國深空探測實驗室主任兼首席科學家、中國工程院院士吳偉仁在中國科協(xié)年會上，介紹國家未來15年的太空探索計劃，包括計劃2030年前后實現(xiàn)載人登月，以及在未來10年內(nèi)展開首次“近地小行星防御任務”。

▲中國深空探測實驗室主任兼首席科學家、中國工程院院士吳偉仁在第二十五屆中國科協(xié)年會上透露，未來10年內(nèi)展開首次“近地小行星防御任務”（圖片來源/視覺中國）

吳偉仁院士還詳細介紹近地小行星防御任務的具體做法，瞄準一個距離地球數(shù)千萬千米、幾十米大的小天體，然后在它1000萬千米外發(fā)射撞擊器，使其運行軌道改變，再評估效果。這一任務的目的是驗證防止小行星撞地球的能力，實現(xiàn)“撞得準，推得動，測得出，說得清”的目標。什么是小行星？小行星對地球有多大威脅？如何防御小行星撞擊？

已知有2000多顆小行星對地球造成威脅

小行星如何定義？美國國家航空航天局（NASA）的定義為：下限是直徑1米，還有觀點認為是直徑10米。為什么定義為10米？北京大學地球與空間科學學院教授焦維新解釋說，直徑10米以上的小行星進入地球大氣層的時候才不會燃燒盡，至少會有一些流星體落在地球表面。

▲小行星進入地球大氣層燃燒的現(xiàn)象圖（圖片來源/視覺中國）

小行星按照位置可以分為三種：圍繞地球附近轉(zhuǎn)的近地小行星、在火星和木星之間分布的主帶小行星和特洛伊群小行星。

▲從位置上分，小行星分為近地小行星主帶小行星和特洛伊群小行星（圖片來源/焦維新）

作為近地小行星，滿足近日距（地球距太陽最近距離）小于1.3AU（AU是一個天文單位，地球到太陽的平均距離定為1AU，約等于1.496億千米）的小行星為近地小行星。近地小行星按照不同的位置又分成阿莫爾小行星、阿波羅小行星、阿坦小行星和阿提拉小行星。

隨著地面望遠鏡性能的提高，幾米大小的小行星都已經(jīng)能夠看見了，截止2021年，科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)27000顆近地小行星。

▲已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的近地小行星（圖片來源/焦維新）

“研究近地小行星有重要的意義，主要是避免天體大相撞。”焦維新解釋說?？茖W上將對地球有潛在危險的小行星，用符號PHA表示。截止到2021年的2月2日，科學家一共發(fā)現(xiàn)了2216顆PHA，那就是說我們知道的已經(jīng)有2000多顆對地球有潛在威脅的小行星了。

▲地球最小軌道交會距離（圖片來源/焦維新）

但是，這2000多顆小行星一定會撞到地球嗎？不一定?！拔覀冎皇钦f這些天體撞擊地球的危險性更大一些。另外，小行星由于太小，運行的軌跡容易受到大天體的影響?？茖W家預報對地球沒有災害，但是受其他天體影響以后，可能它越來越靠近。也有的現(xiàn)在看起來對地球有潛在的危險，但是受其他因素的影響越來越離我們遠了，所以這個數(shù)據(jù)是動態(tài)發(fā)展的?！苯咕S新解釋說。

小行星撞擊地球并不是空穴來風

“小行星撞擊地球并不是空穴來風?！苯咕S新強調(diào)。2013年2月15日，俄羅斯的車里雅賓斯克發(fā)生小行星撞擊事件，小行星進入大氣層的時候，在天空中留下大約10千米長的痕跡。小行星的主要碎片擊中了切巴爾庫爾湖。該次事件中有1491人受傷。

▲2013年2月15日，俄羅斯的車里雅賓斯克發(fā)生小行星撞擊事件（圖片來源/焦維新）

歷史上，地球經(jīng)歷了大災變，確認的已經(jīng)有將近200個隕石坑。還有一些隕石坑因為地球的變遷、河道的變遷等原因已經(jīng)沒法辨認。

1908年6月30日上午7時17分發(fā)生在現(xiàn)今俄羅斯西伯利亞上空的通古斯卡大爆炸事件。當時估計爆炸威力相當于2000萬噸TNT炸彈，超過2150平方千米內(nèi)的8000萬棵樹全都焚毀倒下。

目前比較一致的意見是，一顆直徑大概60米到190米的小行星，在大約離地面高6至10千米的上空和大氣層劇烈摩擦受熱不均勻所以發(fā)生了爆炸，所以導致了整個通古斯卡的森林被毀。

▲通古斯卡大爆炸想象圖（圖片來源/焦維新）

小行星撞擊地球的危險仍然存在，主要是三個原因：首先是，海量天體尚未發(fā)現(xiàn)。我們觀測到的數(shù)量也就大概10%左右。還有許多天體沒有發(fā)現(xiàn)，這些天體到底有沒有撞擊地球的危險性？我們還不太了解。2020年8月中旬，一顆大小如SUV轎車大小、編號為“2020 QG”的近地小行星，近距離掠過地球。而就在它即將離開之時，被美國宇航局的探測器探測，但這已經(jīng)是6小時以后的事情了。

第二個原因是不速之客突然來襲，這還包括了短周期彗星，偶然闖入內(nèi)太陽系，人類更難以確定它的軌道。比如休梅克－利維9號彗星在1994年7月8日因為受到木星強大的引力而分裂為21個小碎塊，并在1994年7月16日以每小時21萬千米的速度撞向木星的南半球。碎片G的威力最大，達6兆噸TNT炸藥，它的當量所造成的“疤痕”預計比地球直徑還要大。

▲休梅克－利維9號彗星撞擊木星（圖片來源/焦維新）

休梅克－利維9號彗星撞擊木星凸顯了木星在太陽系扮演著“太空吸塵機”的角色。它的強大引力可吸掉不少彗星和小行星，木星發(fā)生彗星撞擊的幾率是地球的2000至8000倍。地球位置非常優(yōu)越，有木星保護，地球才是一個適居的星球。

第三個原因是雅克夫斯基效應，小行星吸收陽光和釋放熱量時對小行星產(chǎn)生微小的推動力。比如根據(jù)對小行星6489Golevka的觀測，從1991到2003年間，位置比預期值移動了15千米。

▲雅克夫斯基效應示意圖（圖片來源/焦維新）

多種手段可消除小行星威脅

小行星撞擊地球的風險有多大？尺寸小的因為數(shù)量多，所以概率大。根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律，如果直徑小于30米，在高層大氣中就破碎了，一般不會在地面造成人員傷亡。直徑大于30米、小于100米，這種天體在低層大氣中燃燒破裂，對地面會產(chǎn)生局部的影響。

直徑大于100米、小于300米的小行星，能直接撞擊到地球表面，產(chǎn)生直徑為幾千米的隕石坑，所導致的灰塵籠罩會影響直徑10千米的區(qū)域。

直徑大于300米、小于600米的小行星，將引發(fā)最小級別的全球性災難，可造成大約50萬人死亡，發(fā)生事件間隔為25000年。

直徑大于600米、小于1000米的小行星，將造成中等級別的全球性災難，死亡人數(shù)約500萬，時間間隔為7萬年。

直徑大于1千米小于5千米的小行星，足以造成全球性的危害，死亡人數(shù)超過10億，大概每幾百萬年發(fā)生一次。

焦維新介紹說，人類避免小行星撞擊主要有十大措施。第一是加強觀測提前預報，了解它的軌道情況。第二，動力撞擊偏轉(zhuǎn)軌道。第三，安裝火箭改變軌道。第四，太陽帆推動。第五，引力牽引器。第六，在小行星附近核爆炸。第七，在小行星內(nèi)部核爆炸。第八，質(zhì)量投射器。第九，激光燒蝕。第十，用太陽能使物質(zhì)汽化產(chǎn)生推力。

其中發(fā)射探測器動力撞擊的方案已經(jīng)開始實施。2021年11月，美國發(fā)射兩顆衛(wèi)星(DART)到相對較近的天體，撞擊一顆直徑大約780米的大型小行星以及一顆直徑為160米的“小衛(wèi)星”。

▲DART小行星重定向測試任務（圖片來源/焦維新）

早在1996年1月，“近地小行星約會”探測器就成功發(fā)射升空，它的使命是圍繞“愛神”小行星運轉(zhuǎn)，并登陸其上以探索小行星的秘密。在飛往小行星的過程中，探測器向地球傳回了16萬張照片與大量珍貴的材料，為科學家們提供許多將來探測其他小行星與彗星的重要參考。終于在飛越32億千米的距離后，探測器成功進入到了“愛神”小行星的軌道，開始進行探測。

▲2001年2月12日，美國“近地小行星約會”無人探測器成功降落于“愛神”小行星，實現(xiàn)了歷史上首次探測器和小行星的相會（圖片來源/NASA）

2014年，日本發(fā)射小行星探測器隼鳥2號采取接觸即離的探測方式，采集小行星樣本并返回地球。

▲日本發(fā)射小行星探測器隼鳥2號（圖片來源/焦維新）

今年4月24日的中國航天日當天，中國國家航天局副局長吳艷華首次向外界披露，中國首先要完善建立地基天基對小行星的監(jiān)測預警系統(tǒng)，不僅要編目，關(guān)鍵是分析判斷哪些是重危型；要對是否有可能解除這些威脅進行技術(shù)研究和攻關(guān)。

在完善對小行星探測能力的同時，中國也要著手組建近地小行星防御系統(tǒng)。吳艷華透露，中國要爭取在“十四五”末期或者2025年、2026年實施一次對某一顆有威脅的小行星進行抵近觀測，實施就近撞擊，并就改變其軌道進行技術(shù)實驗，為未來人類應對小行星等地外天體對地球家園的威脅，作出中國的新貢獻。