揭秘:科學家如何摧毀殺手小行星和彗星
據國外媒體報道,近期上映的美國影片《不要抬頭》中,兩位水準不高的天文學家發現一顆即將碰撞毀滅地球的隕星,他們的警告卻並未引起民眾的重視…… 雖然這是一部黑色諷刺的科幻電影,但隕星可能碰撞地球並非是假設,或許是未來即將發生的災難。
隕星碰撞地球不是一個是否存在的問題,而是一個何時存在的問題,最終天文學家將會發現某顆沿著地球軌道運行的天體,它可能是一顆小行星——巨大的岩石體,在太陽系內部環繞太陽運行;也可能是一顆彗星,可能含有岩石或者冰,它通常以較慢的橢圓形軌道運行。 需要明確的是,迄今已探測的小行星或者彗星沒有任何危險,儘管如此,考慮到未知天體碰撞地球的可能性,以及可能帶來的毀滅性破壞,我們做好準備是非常有必要的。
美國伊利諾伊大學烏爾班納-香檳分校天文學家萊斯利·魯尼說:”即使是一顆相對較小的小行星,例如:直徑150米,也能摧毀地球上一座大型城市! ”
美國好萊塢沒有錯過這樣的宇宙碰撞的電影題材,他們在最新電影《不要抬頭》中講述了一顆即將碰撞地球的「殺手彗星」,與劇情內容過於誇張的科幻電影《世界末日》,以及從科學角度更具可信度的科幻電影《深度衝擊》相比,此類電影都有大致相近的世界末日劇情假設。
對於美國好萊塢而言,變幻莫測的彗星和小行星對地球構成潛在威脅是不錯的電影劇情腳本,能吸引觀眾的眼球,但天文學家和物理學家非常嚴肅地看待此類威脅,目前科學家已規劃了多種策略來處理這樣的危機局面,一旦發現具有威脅性的小行星,立即啟動應急方案。 事實上,2021年11月23日,美國宇航局發射DART任務(雙小行星重定向測試任務),該任務首次發射用於撞擊小行星並觀察小行星軌道如何受到影響的航太器。
2022年秋季,DART航太器(大約一台自動售貨機大小)將到達小行星Didymos 和Dimorphos區域,它們是一個雙小行星系統,位於地球和火星軌道之間,它環繞太陽運行,該航太器將以Dimorphos作為勘測目標,Dimorphos是體積較小的小行星,直徑大約160米。 據預測,DART航太器碰撞小行星,會輕微改變該小行星的運行軌道,使它在Didymos周圍旋轉得更快一些,整個過程由DART航太器附近的一顆人造衛星和陸基望遠鏡密切監測。
DART任務資深研究員、約翰霍普金斯大學應用物理實驗室行星天文學家安迪·里夫金稱,如果小行星Dimorphos大小的天體碰撞地球,無論它碰撞在地球任何地區,都將帶來一場災難,在可預見的未來,這兩顆小行星都不可能碰撞地球,此項太空任務僅是一個測試,但類似Dimorphos大小的天體碰撞地球平均每2萬年出現一次,在地球歷史進程中, 曾出現體積較大天體碰撞的相關證據,位於茅利塔尼亞的Tenoumer隕坑可能是”最近發生”的大型天體碰撞事件證據,它被認為已有1.3萬年歷史。
較小的天體碰撞地球的概率更高,2013年,俄羅斯車裡雅賓斯克上空爆炸的流星直徑大約20米,天文學家認為,該等級大小的天體平均每100年左右將碰撞地球一次。 1908年,一顆直徑48-61米的流星以陡峭的角度進入地球大氣層,引發一次更大規模的爆炸,即通古斯大爆炸,嚴重破壞了西伯利亞東部,碰撞產生的衝擊波將數百平方公里的樹木夷為平地,其破壞力超過迄今為止最大的氫彈測試,該碰撞事件可能造成多人死亡(由於時間跨度較長,缺乏當時的準確記錄資訊),如果現今一顆類似大小的天體碰撞一座大城市, 可能會造成數百萬人死亡。 史前時期,也曾發生過更嚴重的災難事件,最著名的就是大約6600萬年前,一顆直徑大約14.5千米的彗星或者小行星撞擊地球,導致恐龍物種和全球四分之三的植物和動物滅絕消失。
事實上,地球並不平靜,經常會有”天外來客”造訪地球,沙粒大小至葡萄柚大小的隕石不斷地從天而降,它們會在大氣層中燃燒,看起來就像我們熟悉的”流星”。 每年都會出現多次,還有稍大的一些天體,例如像椅子大小,它們進入大氣層時會燃燒,偶爾會產生碎片墜落在地面。
好消息是體積稍大一點的天體,就越容易被發現,這意味著人類將有更多的時間做準備,但也會出現一些特殊情況,車裡雅賓斯克上空爆炸的天體體積較大,應該能提前被發現,然而它碰巧從與太陽大致相同的方向接近地球,專業望遠鏡準確探測到太陽方向的目標,所以導致該天體進入大氣層時未被發現。
在可能的地球防禦方案中,里夫金認為,即將測試的DART偏轉法是最有效的,在有充分預先警告時間下,即使該天體位於地球軌道,通過DART偏轉法對其軌道輕微調整,也能使它完全錯過地球軌道。
各種替代方案也在討論之中,美國加州大學聖芭芭拉分校物理學家菲力浦·盧賓認為,依據天體的大小、預計入軌時間和其他因素,炸毀該天體可能與試圖改變其運行路徑一樣有效。 如果通過正確的方法,將墜落至地面的隕星碎片直徑控制在10-15米之間,是不會造成居民死亡的,隕星碎片的衝擊力或許僅能震碎幾扇窗戶…… 這意味著我們可能將導致數百萬人死亡的災難事件化解為一場「煙花秀」。。 但他強調稱,雖然偏轉天體運行軌道的方法沒有問題,但在某些情況下,粉碎瓦解天體可能更有效。
此外,還有”引力牽引器”方法,該技術名稱聽起來似乎很簡單,它涉及到航太器接近潛在碰撞地球的天體,航太器通過引力牽引作用,使天體運行軌道發生改變。 里夫金被”引力牽引器”的簡單性所吸引,他表示,只需操控航太器,其裝配的引力裝置會”拖曳”小行星偏離原有軌道,但這是一個緩慢的過程,可能需要”大半個世紀”才有充分改變天體的軌道。
與此同時,一些研究人員花費大量時間跟蹤近地天體(NEOs),通常它們是指太陽系中距離太陽1.93億公里以內的任何小型天體,相比之下1個天文單位,即地球軌道至太陽的平均距離是1.5億公里。 他們在噴氣推進實驗室近地天體研究中心等機構工作,該中心隸屬於馬薩諸塞州哈佛-史密森天體物理中心,他們特別關注潛在危險天體(PHAs),該術語是指直徑大約140米以上、軌道距離地球804萬公里以內的天體。 噴氣推進實驗室近地天體研究中心主管保羅·喬達斯稱,大約有25000個潛在危險天體存在,其中僅有40%被發現,潛在危險天體只有極少數是彗星,大多數是小行星,由於較大的天體更容易被發現,因此大部分未發現的天體可能體積很小,同時,這是值得慶幸的事情,或許未來100年內,沒有任何大型小行星碰撞地球。
一些陸基望遠鏡專門用於搜尋這些天體,其中包括:位於亞利桑那州的美國宇航局卡特琳娜巡天觀測中心的三個勘測儀器,以及夏威夷PanSTARRS望遠鏡,而”近地天體勘測任務”的太空望遠鏡正處於初步設計階段,未來它將搜索太陽系內潛在的危險天體。 雖然建造在智利境內的魯賓天文臺的主要任務不是探索發現這樣的天體,但科學家認為該天文臺有望探測到數千顆小行星和彗星。
喬達斯強調稱,太陽系的規模對於地球文明有利,宇宙空間真的很大,而地球真的很小,所以一顆體積較大的小行星碰撞地球的概率非常小。
天文學家魯尼說:「雖然很少有科學家會因為宇宙碰撞的威脅而失眠,但許多人認為,像DART這樣的探測專案和任務,是一種很好的投資,就像行星保險單,從長期來看,這的確是一個嚴峻的問題。 ”
當然,這並不是人類唯一關心的問題,甚至不一定是人類最迫切解決的問題,表面上看,科幻電影《不要抬頭》講述的是一場迫在眉睫的天體碰撞,但它同時隱晦寓意另一種生存威脅——氣候變化。 魯尼表示,我們想有效解決地球氣候危機,但它非常棘手,可以說這是人類歷史上對生命的最大威脅。
包括喬達斯在內的許多天文學家也贊同該觀點,雖然他們每天都在追蹤分析來自宇宙的天體威脅,但事實上近地小行星的風險實際上要比地球氣候變化等威脅的風險更小。 (葉傾城)