美国宇航局的首个行星防御任务DART，将把一颗由约翰霍普金斯大学应用物理实验室（APL）制造的航天器以23600千米/时的速度撞向一颗小行星。

　　图源：NASA/JOHNS HOPKINS APL

　　撰文：NADIA DRAKE

　　4月29日，一颗巨大的小行星从地球身旁掠过。之所以说它大，是因为如果它撞上地球，足以形成一个直径9千米多的撞击坑，激起的烟尘将使全球变暗。这颗天体的编号为1998 OR2，宽度至少1.6千米。尽管它本次并不构成威胁，但它以几百万公里的距离飞掠地球，近得足以让美国宇航局将其列为“潜在危险”等级，因为当地球和它一起绕太阳公转时，它将继续近距离飞掠地球。

　　小行星探测及行星防御顶级专家、美国亚利桑那大学的Amy Mainzer说：“它真是超级大。虽然它比导致恐龙灭绝的小行星要小，但它也能轻易造成大量破坏。”

　　其实，小行星以较近距离飞过地球，比多数人认为的要常见得多。每年都有几十颗大小足以造成地区性毁灭的小行星，以低于800万千米的距离从地球经过——这一距离是潜在危险小行星距离的临界值。平均而言，每年都有一到两颗足以给一个大洲造成灾难性撞击的小行星经过。

　　未来某个时间点，地球几乎肯定会遭遇一颗足以夷平一座城市的太空岩石。如果那天来临时还有人类存在，就应该慎重地制定保护地球的计划。因此，美国宇航局计划明年发射一个航天器，尝试执行人类首次阻止“杀手”小行星的策略：在它距离仍然足够远的时候撞击它，使其改变路线。

　　这项计划名为“双小行星重定向试验”（Double Asteroid Redirection Test，简写为DART，有“飞镖”之意），将把一个航天器甩向每年绕地球飞行的两颗小行星中较小的那颗。较小那颗小行星轨道的任何变化，科学家都能在地球上轻易测量到，也能很好地判定小行星是否被成功转向。

　　致力于小行星探测及转向的非营利组织B612基金会的创始人、美国宇航局退役宇航员Ed Lu说：“这是激动人心的时刻。我认为DART将是一次精彩的证明。”

　　拥挤的太阳系

　　阻止杀手小行星的第一步是找到它。美国宇航局的行星防御官Lindley Johnson说：“其实太空里有成千上万颗小行星。我们想分离出那些应该密切关注的部分，并对其长期监测。”

　　接近地球的小行星1998 OR2起码宽1.5千米，在2020年4月29日以16倍地月距离飞掠地球。

　　图源：ARECIBO OBSERVATORY/NASA/NSF

　　昨日，小行星1998 OR2以每小时3.2万千米的速度飞掠我们的地球，两者相距600多千米，约相当于16倍地月距离。虽然这一距离不足为虑，但它将继续以3.7年的周期绕太阳公转，飞入火星之外的小行星带，并再次回到地球公转轨道之内。当2078年它再次靠近我们地球时，将会近得多，与地球最近距离不到160万千米。几百年后呢？天文学家们还算不准1998 OR2会在哪。

　　美国宇航局把直径超过140米、与地球距离小于800万千米的任何小行星都列为潜在危险的小行星。Johnson说：“800万千米取自于其轨道会随时间变化多少，当然，要确保我们将来能抓住任何可能对我们有危险的东西，还是要留一点点余地。”

　　7年后，另一颗直径约3千米的巨大小行星1990 MU，将以480万千米的距离飞掠地球。

　　“我们可不想遭那么大的东西撞上。”Johnson说，“我们最重要的任务是找到它们，并且对外面的一切都做出更完满的登记，别留什么惊喜。”

　　1998年，美国国会指示美国宇航局，要求其探测并描述至少90%的直径大于1千米的潜在危险小行星。7年后，美国宇航局被指示要找到90%的附近直径大于150米的小行星。

　　如果像1998 OR2和1990 MU之类较大的小行星撞上地球，将会毁灭全球的生命。美国普渡大学地球物理学家Jay Melosh说：“据估计，直径大于1千米的小行星将会破坏一个大洲，而溅入大气层的尘埃将会造成急剧降温，可能造成全球粮食减产起码几年。”

　　我们已经发现了约900个这类较大的天体，占全部估计总量的95%。未来几百年内，它们全都不可能撞上地球。但是，据美国科学技术委员会的一份报告，较小的、仍然足以毁灭城市的那些，我们探测到了预计总量2500颗中的约30%。

　　Mainzer说：“对于这些较小的、足以造成地区性问题的，我们还有大量工作要做。在太空的黑色背景下搜寻这类灰色或黑色的岩石，确实是个难题。”

　　即便直径小于150米的太空岩石也会极度危险。一些陨石在天空中爆炸的威力与核弹相当，比如2013年在俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸的那颗陨石。这颗陨石直径只有20米左右，所产生的冲击波击中城市，震碎了玻璃，导致大约1500人受伤。此前没人看到它的到来。

　　以DART（飞镖）击之

　　说到阻止小行星撞击地球，摆在第一位的就是预警时间。如果有几年甚至几十年来准备，即便是最大的小行星，人类也能把它们推离轨道。

　　美国宇航局的DART任务，预订在2021年7月发射，将测试将一个半吨重的航天器甩向靠近地球的小行星。2022年10月，这个冰箱大小的航天器在距离地球1100万千米的地方，将靠近一个直径800米左右的小行星迪蒂莫斯（Didymos）。这颗小行星还有一个150米的天然卫星。

　　被人们昵称为迪蒂月亮（Didymoon）的这个小天体，就是DART的目标。它的大小能毁灭城市。地球表面的望远镜将能探测到它绕较大小行星公转周期的变化，从而来测量DART撞击的效果。

　　“如果不是双天体，基本上就不可能进行高精度测量。” 劳伦斯利物莫国家实验室的Megan Bruck Syal说道。他利用了多种实验室试验和超级计算机来为小行星撞击建模。他说：“这是个难得的机会来检测动能撞击器技术在真正的小行星上的效果。”

　　在DART以大约23600千米/时的速度冲向迪蒂月亮之前，航天器会释放出来一个鞋盒大小的、由意大利航天局制造的相机。这台相机将会目睹航天器撞向迪蒂月亮，拍下碎屑横飞的画面，甚至可能会拍下撞击坑。Johnson称，他预计这场撞击能把这颗卫星12小时的公转周期减少多达7分钟，不过，只要周期变化哪怕70秒，团队也会认为这次任务是成功的。

　　Johnson说：“通过改变卫星的轨道，我们并未改变迪蒂莫斯的轨道。迪蒂莫斯是一颗潜在危险的小行星，因此我们其实不想影响它的轨道。我们可不想意外地把它推向错误的方向。”

　　另外一个由欧洲航天局制造的Hera航天器，将在2026年抵达这两颗小行星，对撞击的结果进行详细测量，并测试自主导航技术。

　　Syal说，虽然“动能装机器”技术很好理解，但利用撞击成功使小行星转向却受许多变量制约。目标天体的构成、强度和结构，撞击溅起的物质量，以及航天器撞击的角度都是重要因素。

　　“弹跳是个相当糟糕的结果，意味着很多动量都会丧失。”Syal说道。

　　动能撞击器或许能成功把像迪蒂月亮一样小的小行星转向，但是，1998 OR2该怎么办？Lu说，如果像那么大的天体正处在撞向地球的轨道上，我们就需要更宏大的策略，比如在小行星附近引爆一颗核弹，使其表面的一部分汽化，并将其推离轨道。在小行星表面引爆核弹，有可能会造成小行星碎片仍然飞向地球。

　　Mainzer目前正致力于发射太空望远镜来发现危险的小行星。他说，最理想的转向策略不仅取决于入侵天体，也取决于撞击前有多少时间。要想知道什么有效，我们需要实践练习。

　　Mainzer说：“我们在气候变化、这场疫情，甚至这场行星防御问题中都发现了：些许准备就能产生重大影响。”