天天实时：人类的小行星-地球拯救计划

2022-10-03 08:10:39 来源：中国国家天文

在墨西哥尤卡坦半岛的海岸线下，埋藏着地球上第二大的陨石坑——希克苏鲁伯陨石坑。21 世纪初，经过科研人员的模拟计算，这个巨大的陨石坑来源于一颗名为巴普提斯蒂娜的小行星。这或许听上去是一个拗口且陌生的名字，但让我们换个说法：在很长一段时间里，这颗小行星被广泛认为是终结恐龙时代的“肇事者”之一。

模拟希克苏鲁伯陨石坑的形成

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【资料图】

在尤卡坦半岛的陨石坑被发现前，诺贝尔物理学奖得主路易斯·阿尔瓦雷斯领导的团队曾提出著名的“阿尔瓦雷斯假说”——一颗小行星的到访造成了包括恐龙在内许多白垩纪古生物的灭绝。尽管在相关领域里，对于希克苏鲁伯陨石坑与这次灭绝事件的关系众说纷纭；但无论如何，所有人都有这样的共识：能够在地层中留下如此大陨石坑的撞击事件，在任何时代都能够改变这颗蓝色星球上几乎所有生物的命运。

18 世纪，人们对太阳系的研究还未像现今这样深刻。随着各大行星被天文学家发现，“提丢斯-波得定则”——一个描述太阳系行星与太阳平均距离关系的经验规律——逐渐流传开。而这个在如今已被证实为几乎没有物理意义的规律，为第一颗小行星灶神星（Ceres）的发现奠定了基础。当越来越多的小行星被天文学家发现，作为人类从古至今仰望并试图探索的宇宙大海的一部分，它们也成为了科幻作品的常客。

小行星带示意图

英国著名科幻作家阿瑟·克拉克（如果你对这个名字感到陌生，那么他更广为人知的身份是《2001:太空漫游》的编剧之一）曾在上世纪 90 年代，于《时代周刊》上发表过一篇名为《上帝之锤》的短篇科幻小说。

2109 年，人类的科技和社会已经到达了前所未有的高度。月球和火星上都建立了人类能够自由生活的基地，人类的寿命也因为科学的进步而翻倍。甚至，这是一个拥有“幽默感”与思考能力的人工智能也在法律上被承认为“人”的时代。虽然科技如此先进，但人们却无时无刻不生活在恐惧中——因为在地球的不远处，漂浮着一颗名为“凯利”的小行星。它即将与地球相撞，只有月球和火星基地上的人类能成为幸存者。

《上帝之锤》第一版封面

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带着拯救全人类的希望，航天器“哥利亚号”前往凯利，把名为“阿忒拉斯”的推进器安装在这颗即将给地球带来灾难的小行星上，好在凯利到达地球前的最后几个月里将它推离目前的轨道。然而，这份希望随着推进器的意外爆炸消散了——在最后的危急关头，哥利亚号的舰长辛格决定和所有的船员一起，利用航天器自身的推进动力去实现了阿忒拉斯未能完成的任务。

尽管凯利最终还是与地球擦身而过并造成了大量损失，但好在掠过大气层后它又渐行渐远，没有成为毁灭人类的炸弹。只有哥利亚号航天器与它所有的船员因为承受了过大的重力加速度挤成了一团，永远地留在了凯利上。

航天器与小行星想象图

如果你在过去的两个月里，走进电影院观看了《独行月球》，或许会觉得这样的情节有些熟悉。电影里的结局，面对“π+”的独孤月，就像哥利亚号的全员一样，选择了用牺牲换取人类历史的延续。或者，我们把眼光移向现实世界——就在这周一，当 DART 卫星撞向“孪小星”（Dimorphos）时，是否也怀揣着同样悲壮的使命感？

也许，我们能称自己为“生命的奇迹”，但是在宇宙面前，人类与恐龙一样，只是一个不起眼的物种。如果 6500 万年前那颗到访地球的小行星拥有带来灾难的能力，那么我们就不能排除人类也终将有面临威胁的一天。

就像 B612 基金会（一个致力于保护地球免受小行星撞击的非营利组织）表示的那样，“地球百分之百会被一颗小行星击中”，只不过是时间的问题。值得一提的是，B612 基金会的名称来源于著名寓言《小王子》中的同名小行星家园——对于是否能从小行星上“采矿”或是在小行星上建立人类基地的构想也会常常被讨论，但对于大多数人来说，与小行星可能带来的这些利益相比，它们携带的碰撞危险或许更为关键。

DART与Dimorphos碰撞后的照片

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双小行星重定向测试（DART）的意义正是如此：从现在开始，为人类物种的明天而努力。面对小行星与地球相撞的潜在威胁，人们已经有了一些备选的应对策略。较为极端的办法是在天体的表面或是地表下安装爆炸装置，通过改变小行星本身质量和结构等方式来影响它的轨道；另一种方式是将重型航天器发射到小行星附近，利用一段时间的重力牵引，缓慢将它推离威胁地球的轨道。DART 任务的策略则是一种较为折中的方式——在计算好的时机让航天器与小行星发生直接的碰撞，通过动量的改变来达到让它偏离轨道的目的。

由 NASA 牵头的 DART 任务是世界上第一次小行星防御技术的试验。距离地球约 1100 万公里的“双小行星”——一个由直径约 160 米的小行星“孪小星” Dimorphos 绕转另一颗直径约 780 米的小行星“孪大星” Didymos 构成的系统——是 DART 任务的目标。尽管这两颗小行星本身对地球不会造成威胁，但一方面科学家有成熟的方式观察它们的轨道变化，另一方面由于它们与地球的距离不是特别接近，在撞击发生后不会发生冲向地球的意外，因此这个双小行星系统成为了最合适的试验目标。

“信号丢失“——一个在航天任务里往往人们不希望听到的情况，但在此刻意味着里程碑式的成功。这颗重约 600 公斤的卫星于 2021 年 11 月发射，在到达目标地点的过程中进行了数次光学校准与轨道校正。DART 卫星上搭载的 DRACO 相机在今年7月，也就是撞击任务前两个月，监测到了双小行星系统。在长达数月的准备工作结束后， DART 卫星最终于北京时间 9 月 26 日上午 7 时 14 分，以每秒 6 公里的速度撞向双小行星系统中较小的那颗，也就是“孪小星” Dimorphos。DRACO 相机记录下了撞击前的最后时刻。

DRACO相机拍摄的最后的图像

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根据预期，在撞击发生后，双小行星系统的轨道绕转周期将有一定程度的缩短，Dimorphos 与 Didymos 的距离也会有所下降。尽管带来的改变可能不足百分之一，但正是这样看似微不足道的改变，孕育着人类抵御可能存在的小行星撞击事件的底气。

当然，这次碰撞不只是 DART 卫星使命的结束，更是一系列新探索的开始。跟随 DART 一同踏上旅程的还有小型卫星 LICIACube，在撞击前 15 天与 DART 分离，用于拍摄记录撞击发生后的图像。天文学家也将继续使用地面望远镜对 Dimorphos 和 Didymos 进行持续观察，记录 DART 为小行星带来的影响。两年后，欧洲航天局将发射赫拉（Hera）任务，并于 2026 年到达双小行星系统附近，进行预计长约半年的调查，确定 DART 与 Dimorphos 的撞击带来的最终影响。

哈勃空间望远镜在DART卫星撞击Dimorphos后拍摄的三张图像

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韦布空间望远镜在DART卫星撞击Dimorphos后拍摄的延时图像

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就在这几天里，全球已经有几十台大望远镜把镜头聚焦在受到撞击的双小行星上，在太空轨道上运行的哈勃空间望远镜（HST）和韦布空间望远镜（JWST）也不例外。从哈勃空间望远镜传回的图像中可以看到，撞击发生后双小行星系统的亮度有了大幅度并且稳定的增加；韦布空间望远镜搭载的近红外相机（NIRCam）也记录下了撞击地点附近源源不断喷射出的羽流。

截止 2022 年 9 月 27 日，天文学家已经报告发现了 29933 颗近地小行星，其中有三分之一的直径大于 140 米，甚至有将近 1000 颗的直径达到了 1 公里。尽管大部分小行星会为地球带来危险的可能性可以忽略不计，但即使是微乎其微的概率，我们也不希望它成为人类终结的理由。

已知发现的近地小行星（NEA）

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无论是对小行星的探测、对潜在危险天体的搜寻，或是像DART卫星这样亲身测试，所有的努力都是为了倘若有一天，我们真的发现了那一颗越来越近、注定奔赴地球的小天体，人类能做的除了祈祷，还有用科技保护自己，守护未来。

参考文献：

[1]https://www.inquisitr.com/4881237/earth-will-be-hit-by-an-asteroid-with-100-percent-certainty-says-space-watching-group-b612/

[2]https://www.sciencealert.com/behold-the-epic-last-images-taken-by-nasas-asteroid-redirection-test-spacecraft

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Asteroid_impact_avoidance#Further_reading

[4]https://www.planetary.org/space-missions/dart

[5]https://cneos.jpl.nasa.gov/stats/totals.html

作者｜童祎璐国家天文台在读硕士研究生研究方向为星系形成与演化

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