近地小行星
地球自誕生以來,其實幾乎每時每刻都在經歷著地外天體的“撞擊”,只不過絕大部分的撞擊來源,都是體積和質量非常微小的星際塵埃,或者是非常小的小行星,這些小天體和塵埃在墜落(飄落)到地球大氣層的過程中,與大氣層發生激烈的摩擦,從而形成一閃而過的流星,甚至很多根本來不及被我們觀測到。據不完全統計,每年降落到地球的宇宙物質總重量,達到驚人的20萬噸之巨,而它們的大多數質量都不足1克。
其實,在太陽系的行星家族正式形成以後,相互之間發生撞擊的機率,要比現在猛烈和頻繁得多。後來隨著時間的推移,這些“混亂”的現象,才在相互引力的牽制下逐漸趨於平衡和安靜。雖然現在太陽系內目前小行星的數量,要比歷史上少得多,但是處於木星和火星之間、以及海王星軌道外側柯伊伯帶內部,仍然分佈著兩大“小行星”和彗星陣營,目前初步估測其中直徑在1米以上的天體,數量分別要超過50萬顆和100萬顆。
在這些小型天體受到外界天體引力擾動以及相互之間撞擊的影響下,它們原本圍繞太陽公轉的運動狀態將會發生改變,從而有一部分會衝著太陽系內部進發,有的會接近地球。在天文領域,科學家們將與地球執行軌道有交叉的小行星,都統稱為“近地小行星”,透過這個範圍的界定標準,我們可以看出,近地小行星並不一定每時每刻都距離地球很近,而是存在著在某一區域的某個時刻,地球和小行星存在著近距離接觸或者相撞的可能性。
近地小行星的威脅
目前,科學家們能夠準確監測和預測執行軌道的小行星數量,有15萬顆之多,其中符合“近地小行星”標準的大約有2.6萬顆。這些小行星的大小各異,其中直徑超過1公里的大約有2000顆,直徑超過4公里的大約有數百顆。在6500萬年前,造成“統治”地球1.6億年之久恐龍家族滅絕的小行星,直徑大約為10公里左右。
雖然很多小行星在墜入地球大氣層之後,受到超高速下與空氣劇烈摩擦產生的高溫、空氣高溫形成等離子體的激波衝擊等影響,小行星在穿過大氣層的過程中,都將發生劇烈的“燃燒”或者碎裂成小塊的局面,只有那些質量非常大、運動速度較慢、結構比較緻密的小行星,才有可能堅持到最後砸向地面,並造成巨大的衝擊和破壞。
科學家們根據小行星墜落地球的動能變化情況,推測出了不同質量的小行星撞擊所引發的不同後果。比如,直徑達到10公里級別的小行星撞擊地球,會引發全球性大規模的火山噴發和地震,大量灰塵掩蓋住整個地球的上空,造成能持續數千甚至數萬年之久的“核子冬天”,全球生物大滅絕事件不可避免。如果直徑1公里的小行星撞擊地球,那麼影響範圍的半徑也能達到數萬公里,能引發全球性的生態系統紊亂。即使直徑只有100米的小行星,撞擊地球后,在方圓1000公里的區域內也將引發強烈的地震。
近地小行星的質量越大,其數量就越少,撞擊到地球的機率就越小,但是對地球的影響以及所引發的災難就越嚴重,而且也會給防禦帶來越來越大的困難,所以科學家們近年來不斷加大近地小行星的監測和分析工作,特別是針對一些直徑超過百米的近地小行星,它們的執行軌跡很多都處在科學家們的監控範圍內。至於能不能阻攔住存在潛在撞擊威脅的小行星,那是以後技術升級方面的事了,反正先搞監測沒毛病。
不速之客-阿波菲斯
這不,近日,俄羅斯聯邦緊急情況部與俄羅斯緊急情況研究所合作,在對近地小行星的監測和研究中,發現了一顆對地球存在巨大潛在威脅的小行星-“阿波菲斯”,它目前正在逐漸接近地球,在預測出這顆小行星未來到達地球附近區域的情景時,科學家們驚出一身冷汗。
原來,這顆小行星的尺寸屬於中等偏小的“個頭”,直徑約為400米左右,重量約為30噸,雖然個頭較小,但是對照上述撞擊地球后所引發的後果,那麼以撞擊點為中心、直徑數千公里的陸地區域可就遭殃了,中心點範圍數十公里的地面上,無論是城市,還是森林,都會瞬間消失,更外的廣大區域還會出現持續性、大強度的地震,如果降落到海洋,將會引發超級海嘯,造成的影響和損害,絲毫不亞於降落到地面。
上面這還不是最關鍵的,“阿波菲斯”小行星在靠近地球時,根據預測的資料看,離地球最近的距離僅有3.84萬公里,這是什麼概念?月球距離地球38萬公里,這顆小行星與地球的距離要比現在的月球還要近10倍。大家要知道,國際天文學會確定的“對地球構成威脅的小行星”標準之一,就是與地球的距離在748萬公里以內,3.84萬公里在宇宙空間中,簡直就可以忽略不計了。如果預計準備的話,那麼在2029年的春季,這顆小行星就會與地球實現“近距離接觸”。假如此時這顆小行星與地球“擦頭皮”掠過,正好處在小行星之下所對應地面上面的人們,或許可以一睹其真面目。
當然,我們真心不希望這樣的情景出現,因為這麼近的距離下,如果地球的引力干擾、或者地月系統引力的影響,使小行星的執行軌道再發生偏移一點而更靠近地球的話,那麼在地球引力的“拖拽”下,這顆小行星極有可能墜入大氣層,後果不堪設想。
行星防禦計劃
正是基於對小行星撞擊地球后果的深入認知,再加上天文觀測和航天技術的飛速發展,使得人類逐漸擁有並付諸實踐的“地球防禦”意識。截至目前,世界各國的科學家們,提出了諸多改變小行星執行軌道的設想方案,從而阻止小行星撞擊地球事件的發生,比較有代表性的是核彈轟擊、航天器撞擊、鐳射推進等。從目前的技術成熟度、技術安全性和可操作性來看,透過航天器撞擊的方式,對於改變質量較小的小行星,無疑是最好的選擇。為此,包括美國、中國、俄羅斯等國在內的許多航天大國的科研團隊,都提出了相應的動能衝擊解決方案。
美國於去年11月末,發射了專門的實驗火箭,開啟了被稱為“雙小行星重定向測試 (DART)任務”,火箭搭載著具有兩個翼狀太陽能電池板、形同汽車的“盒子”,在飛行8個月左右的時間後,以每秒6.6公里的速度撞擊雙小行星系統中的一顆,從而測試撞擊的效果,並且驗證今後實施動能衝擊改變小行星軌跡的可行性和可達性。
當然,這次撞擊實驗還是處於初步探索和論證階段,撞擊航天器的重量還較小,撞擊目標表面形態的狀態還不甚清楚,對撞擊點位的選擇事先也沒有進行相應規劃,因此撞擊效果還帶有很大的不確定性。在未來很長一段時間,我們在實施“行星防禦計劃”時,要做的事情、需要提升的方面還有很多,這裡面不但包括對近地小行星的監測和預測能力,還包括衝擊方案的最佳化、撞擊航天器的結構設計等。
另外,我們在科技發展到一定水平後,還可以採用鐳射裂解、光壓推進或許航天器捕捉等方案。好在,應對這顆被稱為最危險的小行星“阿波菲斯”,我們還有7年的時間。