為什麼NASA計劃撞擊小行星?或許能夠拯救地球
一顆體積較大的小行星與地球擦肩而過,如果它碰撞地球,將在地面上形成一個10公里直徑的大隕坑,並在地球上空濛上一層灰塵。這顆小行星叫做“1998 OR2”,直徑至少1.6公里,雖然它對地球不會構成任何威脅,但是它的近地點僅與地球保持640萬公里,此類的小行星被美國宇航局列為“潛在危險天體”,伴隨著小行星和地球環繞太陽運行,未來這顆小行星將不斷地接近地球。
雙小行星重定向測試(DART)將一艘宇宙飛船撞擊兩顆相互環繞小行星中較小的一顆,從地球上很容易測量較小的小行星軌道發生的任何變化,這將為該小行星是否成功偏離軌道提供一個很好的指示器。
1998 OR2是一顆巨大的小行星,但比導致恐龍滅絕的小行星小許多,儘管如此它仍潛在對地球構成威脅。
事實上,距離地球較近的小行星比人們預想的更多,每年都有幾十顆體積較大的小行星在距離地球800萬公里範圍內碰撞地球,並潛在造成區域性災難,平均計算,每年都會有一兩顆大型太空岩石掠過地球上空,它們體積較大,一旦碰撞地球大陸將造成災難性事件。
未來地球極有可能遭受一顆較大小行星碰撞,該小行星至少能摧毀一座城市,或者更糟糕。如果地球人類文明遭受某顆小行星的碰撞威脅,那麼制定一個保護地球的計劃是非常明智的。這就是為什麼美國宇航局計劃2021年發射一艘太空飛船,首次測試阻止小行星殺手碰撞地球的策略——在小行星距離地球較遠的位置,採用太空飛船撞擊小行星,使小行星偏離原先運行軌跡。
雙小行星重定向測試(DART)將一艘宇宙飛船撞擊兩顆相互環繞小行星中較小的一顆,從地球上很容易測量較小的小行星軌道發生的任何變化,這將為該小行星是否成功偏離軌道提供一個很好的指示器。
擁擠的太陽系
阻止“小行星殺手”的第一步是發現它,太陽系確實有成千上萬顆小行星,我們希望將它們脫離太陽系,隨著時間的推移,我們必須更加密切地觀察監測它們,迄今為止,我們已發現2078顆潛在危險的小行星。
通常太陽系小行星飛行時速接近32000公里,小行星1998 OR2到達近地點時僅與地球相距640萬公里,相當於地球和月球之間距離的16倍。雖然當前1998 OR2的近地點距離並不令人擔憂,但它將繼續沿著自己的軌道環繞太陽運行,其環繞太陽一周需要3.7個地球年,冒險進入火星外側的小行星帶,並在每次環繞太陽運行時都會接近地球。2078年,當小行星1998 OR2再次到達近地點,並且距離地球更近,在距離地球160萬公里範圍內搖擺不定,幾百年之後,天文學家將無法精確計算出1998 OR2的具體位置。
約翰遜指出,美國宇航局將直徑140米以上、進入地球800萬公里範圍內的天體歸類為潛在危險的小行星,800萬公里範圍取決於地球軌道隨時間變化的程度,當然該範圍存在一定冗餘度,從而確保我們能夠捕捉到未來可能碰撞地球的任何天體。預計再過7年,另一顆名為“1990 MU”的大型小行星將到達近地點,距離地球大約480萬公里。
我們不希望地球遭受大型小行星碰撞,我們最重要的任務是找到它們,並對它們的所有信息進行更全面的整理分析,基於這些數據,我們就不會對某些小行星軌道運行感到吃驚。
1998年,美國國會要求美國宇航局探測確定90%以上直徑1公里或者體積更大的潛在危險小行星的特徵,7年之後,美國國會再次要求美國宇航局探測確定90%以上直徑800米的小行星。
體積較大的小行星,例如:1998 OR2和1990 MU,如果碰撞地球可能會摧毀地球生命,據估計,直徑1千米以上的小行星碰撞地球,會導致整個大陸毀滅,產生的大氣塵埃會造成全球性降溫,可能導致幾年內全球農作物歉收。
目前,科學家觀測發現大約900顆直徑超過1千米的近地大型小行星,佔近地小行星總數的95%,在未來幾個世紀裡,基本不會出現小行星碰撞地球。但是一份報告指出,體積較小的小行星仍有可能摧毀地球城市,其總數可能達到2.5萬顆,但我們僅探測到其中的30%。
這些體積較小的小行星一旦碰撞地球,將帶來區域性災難,我們仍將面臨大量棘手問題,在黑暗的太空中尋找這些灰色或者黑色的小型太空岩石難度很大。
即使是直徑小於150米的小行星也是非常危險的,有些隕星在空中爆炸的威力相當於核彈,例如:2013年在俄羅斯車里雅斯賓斯克上空爆炸的隕星,一顆22米直徑的火球從天而降,碰撞時產生了強烈的衝擊波,震碎了住宅房屋玻璃,造成大約1500人受傷,沒有人事先預測到該事件。
使用雙小行星重定向測試(DART)策略碰撞小行星
美國亞利桑那大學艾米__美因茨(Amy Mainzer)是小行星探測和防禦領域的資深科學家之一,她說:“1998 OR2是一顆巨大的小行星,但比導致恐龍滅絕的小行星小許多,儘管如此它仍潛在對地球構成威脅。”
要阻止小行星與地球發生碰撞,最重要的是要有預警時間,地球人類需要幾年甚至幾十年進行準備工作,這樣就可以將最大的小行星推離軌道。
美國宇航局雙小行星重定向測試(DART)任務計劃於2021年7月發射,其核心任務是測試一種偏離策略,將一艘重達半噸的航天器撞擊一顆正在接近地球的小行星,最終使小行星偏離原有軌道。2022年10月,在距離地球1040萬公里的太空區域,一艘冰箱大小的宇宙飛船將接近一顆名為“迪蒂莫斯(Didymos)”的小行星,它的直徑大約800米,它有一顆直徑150米的衛星小行星。
小行星“迪蒂莫斯”成為“雙小行星重定向測試”的試驗目標,該體積大小的小行星一旦碰撞地球,將摧毀一座城市。陸基望遠鏡能夠探測到它圍繞體積較大小行星軌道運行時間的變化,從而測量碰撞產生的影響。
在DART飛船以時速2.5萬公里碰撞迪蒂莫斯衛星之前,飛船將釋放一個鞋盒大小的相機,該相機能觀察記錄飛船撞向迪蒂莫斯衛星,並且拍攝衛星碎片,甚至可能拍到碰撞時形成的隕坑。預計此次碰撞可能會使該衛星的軌道周期從12小時縮短7分鐘,如果該變化能夠持續70秒以上,那麼此次任務就是成功的。
通過改變衛星軌道,我們並未改變迪蒂莫斯的軌道,這是一顆潛在危險的小行星,所以我們並不希望改變它的運行軌道,某些操作很可能將它推向錯誤的軌道方向。
由歐洲航天局建造的另一艘飛船“赫拉”將於2026年抵達小行星迪蒂莫斯,該飛船將對撞擊後的結果進行詳細測量,並測試自主導航技術。
雖然“動能碰撞器”策略很容易理解,但是許多變量控制著撞擊能否成功地使小行星轉向,目標天體的成份、硬度、結構、撞擊噴射多少物質以及飛船撞擊角度都是至關重要的因素。
“動能撞擊器”可能成功地改變類似迪蒂莫斯的小型小行星的軌道方向,但是如何改變小行星1998 OR2呢?如果有這樣大體積的小行星與地球發生碰撞,我們需要啟動一項規格更大的防禦策略,例如在小行星附近引爆一枚核彈,使其表面部分蒸發,並將其推離軌道。如果小行星表面發生核爆炸,可能會出現霰彈槍射擊效果,大量的小行星碎片仍會飛向地球。
目前,科學家正在研製一項太空望遠鏡計劃,致力於尋找危險小行星。他說:“最佳偏轉策略既取決於來襲天體,也取決於撞擊前我們擁有多少時間,我們必須進行大量的推算和演練。”