小行星撞擊威脅有多大？NASA啟動(dòng)了防御測(cè)試，馬斯克又插了一腳

11月24日，也就是昨天，一架獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭在發(fā)射基地騰空而起，上面搭載著一艘NASA研發(fā)的小行星重新定向探測(cè)器，這是人類(lèi)首次向小行星撞擊地球說(shuō)不，這是渺小人類(lèi)與大自然的又一次嶄新挑戰(zhàn)。

而在這次挑戰(zhàn)中，馬斯克這個(gè)人類(lèi)的另類(lèi)又插了一腳，他的SpaceX火箭公司承擔(dān)了這次意義重大的發(fā)射任務(wù)。

許多人對(duì)科學(xué)家們一再的開(kāi)發(fā)太空項(xiàng)目十分不解，認(rèn)為與其有那個(gè)錢(qián)和精力，還不如多改造改造地球，讓人們吃的更好活的更舒適一些。其實(shí)這都是鼠目寸光，完全不知道科學(xué)為何物，自己現(xiàn)在的生活是怎么來(lái)的。

其中就有對(duì)小行星撞擊危害的認(rèn)識(shí)不足。

那么小行星撞擊到底有多大威脅呢？

一些對(duì)天體撞擊沒(méi)什么概念的人，所謂小行星撞擊，不就是一塊大石頭或大雪球掉下來(lái)嗎？不就是在大地上砸出一個(gè)坑嗎？即便有珠穆朗瑪峰這么大的小行星，相對(duì)一望無(wú)際的地球來(lái)說(shuō)，又算得了什么？

如果我告訴你，一顆100米的小行星撞擊，可以撞出一個(gè)數(shù)公里的大坑；一顆10公里的小行星，可以撞出一個(gè)180公里的大坑，你還覺(jué)得無(wú)所謂嗎？在六千五百萬(wàn)年前，就是一顆約十公里直徑的小行星，撞擊在墨西哥尤卡坦半島北部，形成了一個(gè)約180公里直徑的撞擊坑，導(dǎo)致了稱霸一億六千萬(wàn)年的恐龍最終消失殆盡。

可能有人還是很疑惑：即便撞擊出一個(gè)一百八十公里的大坑，地球周長(zhǎng)有4萬(wàn)公里，表面積5.1億平方公里，這個(gè)坑在地球表面就像籃球上的一粒芝麻，又怎么可能摧毀整個(gè)籃球上的螞蟻呢？這是因?yàn)檫@些人們完全不理解速度、質(zhì)量與能量之間的關(guān)系。

6500萬(wàn)年前的那顆小行星，撞擊能量達(dá)到100萬(wàn)億噸TNT炸藥爆炸威力，相當(dāng)于77億顆廣島原子彈同時(shí)爆炸威力，目前的世界人口每一個(gè)人都能分到一顆原子彈；這個(gè)撞擊的爆炸威力是全世界現(xiàn)有擁有核彈頭總當(dāng)量的近10000倍，還不可怕？還無(wú)所謂嗎？

小行星撞擊為啥有這么大威力呢？

一顆槍彈只有幾克重，卻可以擊斃一個(gè)一兩百斤的人，可以把物體打出一個(gè)大洞，就是因?yàn)槠渌俣瓤?。槍彈的速度一般都在每秒幾百米，和音速差不多，如五四手槍彈頭重量約4.3g（克），速度約每秒430米；狙擊步槍子彈也超不過(guò)秒速一千米。

撞擊能量的換算公式為：E=1/2mv^2。這里的E為能量，單位J（焦耳）；m為質(zhì)量，單位kg（千克）；v為撞擊速度，單位m（米/秒）。

根據(jù)這個(gè)公式，我們可以計(jì)算出一顆五四手槍子彈的撞擊能量為約398J，當(dāng)然這只是子彈初速度，隨著彈頭飛行距離，在空氣阻力和地球引力作用下，速度會(huì)降低。而一些國(guó)家確定的子彈致死動(dòng)能標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)和德國(guó)為78J，中國(guó)和俄國(guó)為98J。

小行星撞擊速度有多快呢？慢則每秒十幾公里，快則四五十公里，完全與槍彈不是一個(gè)數(shù)量級(jí)，撞擊威力當(dāng)然就要大很多。

我們按20公里秒速，來(lái)計(jì)算一下6500萬(wàn)年前那顆10公里直徑小行星的撞擊能量。假定這顆小行星是一個(gè)完美球形，密度和水差不多，根據(jù)球體積計(jì)算公式V=(4/3)πr^3，我們可得出這顆小行星的體積約為523.6km^3（立方千米或立方公里），質(zhì)量約為5.24*10^14kg（千克或公斤）。

這個(gè)撞擊能量有多大呢？根據(jù)公式計(jì)算，得出撞擊能量約為1*10^23J。這個(gè)能量有多大呢，1噸炸藥爆炸釋放的能量為4184000000J，這顆小行星撞擊能量就相當(dāng)25萬(wàn)億噸炸藥爆炸當(dāng)量。

6500萬(wàn)年前那顆小行星撞擊的實(shí)際能量

科學(xué)家們給出6500萬(wàn)年前的那顆小行星撞擊能量約100萬(wàn)億噸，這說(shuō)明科學(xué)家在對(duì)那顆小行星撞擊能量科學(xué)建模中，采用的速度或密度、體積等數(shù)據(jù)更大。作為科普，當(dāng)然要以科學(xué)界公認(rèn)常識(shí)為準(zhǔn)，因此我們這里采用撞擊能量達(dá)到100萬(wàn)億噸這個(gè)數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在我們形象描述一下這個(gè)能量有多大：人類(lèi)自從發(fā)明原子彈以來(lái)，迄今用于實(shí)戰(zhàn)的只有兩顆，都是投在日本，第一顆投在了廣島，第二顆投在了長(zhǎng)崎。投在廣島的原子彈實(shí)際爆炸當(dāng)量約1.3萬(wàn)噸TNT，導(dǎo)致了20萬(wàn)人死亡。

6500萬(wàn)年前那顆小行星撞擊能量就相當(dāng)于廣島原子彈威力的77億倍。也就是說(shuō)，現(xiàn)在世界人類(lèi)老老少少加起來(lái)總?cè)丝?6億多，每人都分得一顆廣島級(jí)原子彈。

老有人說(shuō)，核戰(zhàn)陰影是人類(lèi)最大的威脅，現(xiàn)在人類(lèi)擁有的核武器足以毀滅人類(lèi)若干次了。那么現(xiàn)在世界上擁有的核武器總量有多少呢？瑞典斯德哥爾摩國(guó)際和平研究所發(fā)布的年度報(bào)告數(shù)據(jù)，被認(rèn)為是世界公認(rèn)最具權(quán)威的核武器數(shù)據(jù)，2020年全球核彈頭存量總數(shù)為1.34萬(wàn)枚，這些核彈頭有大有小，平均按100萬(wàn)噸當(dāng)量計(jì)算，總當(dāng)量也只有134億噸。

也就是說(shuō)，6500萬(wàn)年前的那顆小行星撞擊能量相當(dāng)現(xiàn)在全世界核彈頭總量的7463倍，你說(shuō)要?dú)绲厍蛏鷳B(tài)多少次？

小行星撞擊的次生災(zāi)害更甚

小行星撞擊導(dǎo)致的災(zāi)難，絕不僅僅是一次撞擊帶來(lái)的震動(dòng)或爆炸，而是持久的災(zāi)難。撞擊帶來(lái)千米海嘯和地殼破裂，會(huì)沖擊和淹沒(méi)大部分陸地，引發(fā)全球性火山爆發(fā)，形成全球性數(shù)月流火（巖漿到處濺落），巖漿灰塵迸發(fā)到高空會(huì)遮天蔽日，導(dǎo)致地球失去陽(yáng)光數(shù)年甚至數(shù)十年，全部植物死去，食物鏈斷裂，生態(tài)鏈斷裂，最終所有的生物大部分滅絕。

地球需要經(jīng)過(guò)百萬(wàn)年修復(fù)，新的生命才重新萌發(fā)，就相當(dāng)一次生命重啟。因此小行星撞擊不但是人類(lèi)的最大威脅，也是地球所有生態(tài)的重大威脅。即便是很小的行星撞擊，也會(huì)給生命造成重大傷害。

如100多年前的通古斯大爆炸，傷害面積達(dá)到幾千平方公里，科學(xué)研究的結(jié)果是，當(dāng)時(shí)撞擊那里的小行星只有幾十米，而且很可能是一顆彗星，在還沒(méi)有接觸地面前就已經(jīng)氣化殆盡了，造成災(zāi)難的是它的沖擊波。

2013年發(fā)生在俄羅斯車(chē)?yán)镅刨e斯克的小行星撞擊事件，只是一顆約20米直徑的小行星碎塊，以每秒18.9公里的速度撞了下來(lái)，撞擊能量約45萬(wàn)噸TNT當(dāng)量，相當(dāng)于30多顆廣島原子彈爆炸威力，好在掉落在空曠處（遠(yuǎn)離市區(qū)的結(jié)冰湖里），但還是導(dǎo)致7200棟建筑受損，1500人受傷。

國(guó)際應(yīng)對(duì)小行星撞擊危害的組織

既然小行星對(duì)人類(lèi)威脅這么大，應(yīng)對(duì)小行星撞擊就成為人類(lèi)很重要的一個(gè)任務(wù)。早在2008年，聯(lián)合國(guó)就成立了一個(gè)太空探險(xiǎn)家聯(lián)合會(huì)，旨在應(yīng)對(duì)來(lái)自太空的危害。2013年發(fā)生了俄羅斯車(chē)?yán)镅刨e斯克隕石事件以后，聯(lián)合國(guó)感受到了日益臨近的小行星威脅，決定改變太空探險(xiǎn)家聯(lián)合會(huì)發(fā)展方向，并于10月份成立了“國(guó)際小行星預(yù)警組織”。

這個(gè)組織由全球各地科學(xué)家、天文臺(tái)和空間機(jī)構(gòu)組成，任務(wù)是共享新發(fā)現(xiàn)小行星以及有多大可能撞擊地球的信息，當(dāng)遇到小行星威脅時(shí)，與救災(zāi)機(jī)構(gòu)協(xié)作，調(diào)動(dòng)全球資源采取應(yīng)對(duì)措施。此外還設(shè)立了一個(gè)空間任務(wù)規(guī)劃顧問(wèn)組織，研究如何偏轉(zhuǎn)有可能撞擊地球的小行星軌道。

經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們認(rèn)為，防范地球受到小行星撞擊的措施主要有動(dòng)能撞擊、引力拖曳、核彈爆破等方法。因?yàn)樾⌒行秋w行速度都很快，當(dāng)其距離較遠(yuǎn)時(shí)，并不需要多大力量，就能夠讓其偏移軌道。

其中動(dòng)能撞擊是最簡(jiǎn)單可行的方法，由此，NASA一直在做這種實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備。就在昨天，NASA啟動(dòng)了一個(gè)叫“雙小行星重新定向測(cè)試”的計(jì)劃，簡(jiǎn)稱DART任務(wù)。這是人類(lèi)有史以來(lái)第一次對(duì)小行星可能的撞擊威脅進(jìn)行防御的試驗(yàn)，對(duì)人類(lèi)未來(lái)生存和繁衍有著重大里程碑式的意義。

DART任務(wù)的具體過(guò)程

這次的撞擊目標(biāo)并不是一顆正在撞向地球的小行星，而是一組圍繞著太陽(yáng)運(yùn)行的雙子小行星，其主星被稱為“Didymos”，直徑約780米，在它身邊有一個(gè)衛(wèi)星，被稱為“Dimorphos”，直徑約160米，每11.9小時(shí)環(huán)繞Didymos運(yùn)行一圈。

這組小行星運(yùn)行在一條環(huán)繞太陽(yáng)的橢圓軌道上，環(huán)繞太陽(yáng)一圈約770天，相當(dāng)于地球兩年多。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，這顆小行星在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)威脅到地球，NASA發(fā)射的小行星重新定向探測(cè)器只是去撞擊那顆衛(wèi)星Dimorphos，讓其偏移軌道，且又不會(huì)脫離主星，這樣就不會(huì)對(duì)地球造成威脅。

通過(guò)對(duì)這次撞擊的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，科學(xué)家們可以根據(jù)撞擊的力度，以及小行星運(yùn)動(dòng)速度和偏移軌道的量，就能夠計(jì)算出需要多大力量能夠轉(zhuǎn)移多少小行星運(yùn)動(dòng)軌道，為將來(lái)應(yīng)對(duì)小行星撞擊建立模型取得寶貴的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

經(jīng)過(guò)對(duì)這組小行星長(zhǎng)期觀測(cè)監(jiān)控，它們每20年會(huì)接近一次地球，下一次接近的時(shí)間在2022年10月4日，屆時(shí)距離地球最近約1066萬(wàn)公里，這時(shí)就是DART任務(wù)選擇的撞擊窗口。但在太空中對(duì)準(zhǔn)一顆小行星并非易事，不是某些人想象等小行星來(lái)了只要迎上去那么簡(jiǎn)單，而是一個(gè)長(zhǎng)期變軌跟蹤接近的過(guò)程，因此現(xiàn)在是最好的發(fā)射窗口。

因此，這艘承擔(dān)著特殊任務(wù)的探測(cè)器，將在渺茫黑暗太空孤獨(dú)地漂流近一年時(shí)間，到了明年9月底，才會(huì)到達(dá)指定位置。此時(shí)這顆小行星接近了地球，亮度可以達(dá)到14.5等，是地球上各種望遠(yuǎn)鏡、雷達(dá)、衛(wèi)星觀測(cè)的最好時(shí)機(jī)，可以全程監(jiān)測(cè)評(píng)估撞擊的過(guò)程和效果。

這艘550公斤質(zhì)量的探測(cè)器，屆時(shí)將以每秒6.6公里的高速撞向Dimorphos，用粉身碎骨的壯舉為人類(lèi)獲得一組寶貴數(shù)據(jù)。這只是一個(gè)開(kāi)始，在未來(lái)10年，NASA和歐空局還有很多這樣的后續(xù)計(jì)劃。

現(xiàn)在我們可以期待的是，明年的10月份，又有一出關(guān)系到人類(lèi)命運(yùn)的大戲開(kāi)場(chǎng)。

我非常感謝人類(lèi)有這樣一群高瞻遠(yuǎn)矚的人們，包括馬斯克和許多科學(xué)家，正是他們的“杞人憂天”精神和未雨綢繆，才讓人類(lèi)更有安全感。由此我更對(duì)那些不尊重科學(xué)甚至肆意貶損科學(xué)家的人渣不齒。如果沒(méi)有科學(xué)帶來(lái)的文明并保駕護(hù)航，哪有這些人的醉生夢(mèng)死大言不慚？

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