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我國近地小行星防御任務曝光,有多少小行星會威脅地球?

來源:北京科技報    發布日期:2023-10-26 09:35:30   閱讀量:0

近日,中國工程院院士吳偉仁在中國科協年會上透露,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年前后實現載人登月,以及在未來10年內展開首次“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年會上透露,未來10年內展開首次“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千萬千米、幾十米大的小天體,然后在它1000萬千米外發射撞擊器,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“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能夠看見了,截止2021年,科學家已經發現27000顆近地小行星。

▲已經發現的近地小行星(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?!苯咕S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,科學家一共發現了2216顆PHA,那就是說我們知道的已經有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,所以這個數據是動態發展的?!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。2013年2月15日,俄羅斯的車里雅賓斯克發生小行星撞擊事件,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生小行星撞擊事件(圖片來源/焦維新)

歷史上,地球經歷了大災變,確認的已經有將近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沒法辨認。

1908年6月30日上午7時17分發生在現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,海量天體尚未發現。我們觀測到的數量也就大概10%左右。還有許多天體沒有發現,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,木星發生彗星撞擊的幾率是地球的2000至8000倍。地球位置非常優越,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生微小的推動力。比如根據對小行星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?尺寸小的因為數量多,所以概率大。根據統計規律,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10千米的區域。

直徑大于300米、小于600米的小行星,將引發最小級別的全球性災難,可造成大約50萬人死亡,發生事件間隔為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,死亡人數超過10億,大概每幾百萬年發生一次。

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,在小行星內部核爆炸。第八,質量投射器。第九,激光燒蝕。第十,用太陽能使物質汽化產生推力。

其中發射探測器動力撞擊的方案已經開始實施。2021年11月,美國發射兩顆衛星(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”探測器就成功發射升空,它的使命是圍繞“愛神”小行星運轉,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測預警系統,不僅要編目,關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研究和攻關。

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。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。

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