面对小行星,我们要被动防御还是主动出击?

发布: | 发布时间:2021-11-25,星期四 | 阅读:17

撰文|Philip Lubin, Alexander Cohen 翻译|先雨

一种新的方法能够减弱小行星以及彗星撞击带来的破坏,或者确保具有威胁的物体在一开始就不会撞击地球。

图片来源:pixabay

2029年4月13日,宽370米的阿波菲斯小行星预计将经过地球,届时它与地球的距离甚至有可能会小于地球同步卫星与地球的距离,而我们距那一天的到来仅有不到8年的时间。尽管时间似乎非常紧迫,幸运的是阿波菲斯至少在这一次并不会撞击地球(根据阿波菲斯的运行周期,它还将在2036年,2051年,2066年等等经过地球)。2029年的阿波菲斯的运行轨道刚好擦过地球,就像是一颗子弹擦过头发一样,唯一不同的是这颗“子弹”能够产生的冲击能量相当于全世界所有核武器的能量之和

这样危险的会合发生频率却极高。在2054年9月30日以及2060年9月23日,体积更大、携带更多能量、宽500米的贝努小行星预计将近距离掠过地球。NASA的OSIRIS-Rex太空飞船在最近才刚前往过贝努小行星。

小行星贝努和阿波菲斯都还没有大到能够对人类的生存造成威胁。如果它们撞击地球,城市和环境都会遭到破坏,但这场灾难还不至于像6600万年前地球被宽1万米的小行星撞击使恐龙灭绝那样使人类走向灭绝。然而,这些小行星确实令人十分担忧,因为未来越遥远,我们就越难确定某一个小行星是否会导致灾难性的撞击事件。小行星贝努和阿波菲斯都构成了所谓的“引力锁眼”威胁,它们有可能穿过地球附近某一狭小的特殊区域,在这一区域中,地球的引力会改变小行星的运行轨道使其撞向地球。简而言之,这些小行星具有的威胁是长期且模糊的,我们很容易被它的潜伏性所欺骗,错误地以为这些实质的风险其实是遥远的。

恐龙灭绝,图片来源:pixabay

我们并非只能向这令人焦虑的现状妥协,我们应该考虑制定B计划。最后的防线

我们目前的行星防御措施可以总结为,积极地相信坏事都不会在近期发生,期待它发生的时候我们已经能找到对策了。我们现在主要依赖“态势感知”来确定威胁。这一方法是必需的,但还不足以保护地球不受小行星撞击的伤害。而下一标准步骤——偏转潜在威胁物防止其撞击地球,也有着它自己的问题。最主要的问题是成功改变物体的运行轨道需要提早几年进行干预。按照这一模式,等到科学家们发现小行星即将撞上地球的时侯,我们的防御机制已经对它无可奈何了

好在我们还有另一种方法能够显著提高地球的自卫能力。

这一方法的基本原理十分简单。想象一下,你正在玩一个危险的运气游戏,必须在两扇门间做出选择。打开第一扇门会有一架500千克的钢琴从1千米的高空落下来,而打开第二扇门会有500千克的泡沫球从相同的高度落下。你会怎么选择?如果你是个漫画人物,你可能会选第一扇门,但是一位科普文章的读者则会选择第二扇门。为什么呢?两者都有着相同的质量、相同的势能,但是直觉告诉我们大量的泡沫球并不会造成和钢琴同等的伤害。将质量分散到各个小块能够确保每一个小块携带的能量要小得多,同时也能够让大气更有效地降低每一个小块的降落速度。这就是研究人员所提出的行星防御方法的一个形象类比,他们称这一方法为“PI”(读作π),意思是“粉碎它”

这一方法的本质是将所有具有威胁性的小行星击碎成直径小于10米的碎块。这一方法得以实现是因为小行星的引力较小,因此较为容易解体、分散。依靠现在的发射系统和相关技术,除了直径大于1千米的小行星,所有的小行星都可以被从地球以及太空发射的非核拦截弹击碎。而对于更大的威胁,我们可以用相同的系统发射小型核穿甲弹。

一旦小行星被击碎,地球大气就能够有效地将撞击物所携带的能量转化为热能、声能以及光能,就像防弹背心吸收铅弹的能量一样。研究人员分析发现,这一方法能够显著降低逼近地球小行星的威胁。有了这一系统,2013年2月在俄罗斯车里雅宾斯克上空解体的宽20米的小行星完全能够在撞击发生前100秒被拦截下来,而通古斯撞击中的宽50米的小行星则需要在撞击发生前大约5小时进行拦截。阿波菲斯大小的小行星需要在其撞击地球前10天进行干预,而贝努大小的小行星则需要提前20天。相比于偏转轨道所需要的时间,对小行星进行拦截所需要的时间已经是非常短的了。如果拦截弹足够强大,这一时间还可以再缩短。

当然,聪明的诸位可能已经意识到,这并不是故事的全部。之前提到的车里雅宾斯克和通古斯撞击事件中,小行星都是在空中爆炸,而周围的建筑和自然环境都遭到了巨大的破坏。这一破坏主要是由小行星在大气中解体时释放出的爆炸声波造成的。

PI方法并不能阻止小行星在空中爆炸,但是如果能够在小行星进入大气前将其粉碎,那么产生的小碎块就会被分散到更大的区域,每一个碎块产生的爆炸波会弱得多,到达地表的时间也会错开。然而,就像穿着防弹背心仍然会感到疼痛、出现淤青一样,小行星的碎块在空中爆炸产生的冲击声波、闪光和热量依然会对地面造成一定的伤害。但相比之下,这种伤害已经轻微得多了。在类似车里雅宾斯克撞击的事件中,人们只会听到一连串的爆炸声,看到一连串的闪光,就像看一场声光秀一样,过后发现几扇被震碎的玻璃,而不是发现这场灾难让这个城市、这个地区甚至这个国家沦为废墟。展示和检测

尽管这一系统能够利用现有的科技和发射系统,它的研发仍然需要大量的投资。简单说来就是这一项烧钱的工程。但即便如此,投资这一系统也是十分划算的,毕竟如果无法避免小行星撞击,世界将遭受无法估量的损失。

除此以外,该系统还能够让我们更灵活地处理现在以及未来可预知的撞击威胁。就像控制疫情需要进行大规模的疫苗接种活动一样,PI方法针对的对象也包括那些不会立马构成威胁,但在途径地球的时候具有一定风险的小行星。虽然这一方法似乎有些争议,但其实它与我们日常生活中进行风险管控的方法相差无几。我们能够在阿波菲斯、贝努等小行星靠近地球的时候就消除风险,而不用等到紧急事件真正完全爆发的时候。我们有这个能力做到,而至于我们究竟是否采取行动不再仅仅取决于技术,而是取决于政策、合作以及共识。在这一领域的国际合作能够惠及整个地球,就像现在全球共同应对气候危机以及疫情一样,我们也应该共同解决小行星撞击危机。

借助不比洲际弹道导弹拦截弹大多少的小型火箭,我们可以消除类似车里雅宾斯克撞击的威胁。而对于阿波菲斯或贝努小行星大小的威胁,我们则需要用到NASA即将建成的太空发射系统、太空探索技术公司的星舰火箭,或者携带用于在月球上空进行快速运输的高速火箭上级的更小型飞行器。为了增加成功的概率,我们可以使用多个拦截弹。未来的行星防御系统可能会在地球周围、月球表面或者月球附近部署随时待命的快速应对装置。这样行星防御系统就和现在的国家导弹防御系统一样了。

PI方法有一套自己的测试逻辑,从地面上小行星实物模型测试,到太空中合成目标测试,再到对小型、威胁较小的小行星进行测试。除此以外,还有在打击目标之前进行的确认目标的操练。

然而,我们只能降低可预测的风险。NASA以及其他航天局十分擅长寻找并追踪构成巨大威胁的小行星,但目前都仅限于那些比阿波菲斯大的小行星。还有许多威胁较小的小行星无法检测到,就像2013年在车里雅宾斯克上空爆炸的小行星一样。如果没有独立研发的合适的“早期警示系统”,PI和其他行星防御方法的效果就会大打折扣。PI方法只是解决这一紧急问题的一环,为了保护地球,我们应该睁大眼睛,望向太空。

原文链接:

https://www.scientificamerican.com/article/planetary-defense-is-good-but-is-planetary-offense-better/


来源:领研网



 

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