不久前一顆小行星與地球擦肩而過 著實讓人捏一把汗
2019年08月09日07:05

原標題:不久前一顆小行星與地球擦肩而過 著實讓人捏一把汗

近地物體相機執行拍攝任務模擬圖

火山、海嘯、氣候變化……地球生物被“洗牌”的姿勢可謂層出不窮。而其中最令人“猝不及防”的,當屬天外來客——隕石的來訪。

7月25日,一顆57~130米直徑的小行星以相對地球24.5 千米/ 秒的速度和我們“擦肩而過”,距離地球僅7.3萬千米(約為地月平均距離的五分之一)。如果這個傢伙真的與地球“親密接觸”,造成的破壞無疑是災難性的。

而值得一提的是,與那些長期被記錄在案和時刻受到“監視”的小行星不同,這顆名為2019 OK的天體,是在飛臨地球的前一天才被人們發現的,這著實令天文學家們捏了一把汗。

從美麗塵埃到恐怖災難定製

其實,自從地球形成開始,這些天外來客就頻繁“拜訪”地球。早期的隕石撞擊,對地球的“成長”起到了積極的作用——比如說促進早期地殼形成。

但後來,地球上演化出了千姿百態的生命,天體撞擊就成了影響生物生存的威脅。而同為地表生物的我們,也因此格外關注此問題,尤其是那些破壞力強大的大型隕石和小行星。

那麼,什麼樣的天體碰撞可能會對我們造成傷害呢?這由它們的“體型”說了算。

如果掉下來的物質很小,如進入大氣層後減速的灰塵顆粒,幾乎不經曆加熱過程。這些細小的灰塵顆粒經常會被平流層的飛機捕捉到。

當掉下來的物質稍微大那麼一點,進入大氣層後就可能形成美麗的流星,個別情況下還能形成壯觀的流星雨。在墜落過程中,大部分的能量轉化成了美麗的等離子尾巴。這種級別的天體不會對我們造成巨大傷害。

一旦掉下來的物質大小達到米級,降落時往往產生具有破壞力的衝擊波,它們的到來經常伴隨著巨大的聲響和刺眼的強光。例如在2002年6月6日的東地中海和2009年10月8日的印尼,這兩次撞擊的天體都只有10米左右,但是都釋放了不亞於廣島原子彈的能量。所幸這兩次撞擊地點都遠離人類居住區,沒有造成人員傷亡。

尺寸達到幾十米的隕石,在降落過程中只有少量能量轉化成了等離子體和輻射,大部分能量還是會轉化成聲音和衝擊波。

一旦它降落在人類聚集區,就會造成嚴重的生命財產損失。比如2013年2月,一顆直徑僅20米左右的隕石從天而降,儘管不是結實地撞擊地球,只是斜擦過地球時在3萬米高空碎裂,就在俄羅斯車里雅賓斯克造成了廣泛的地面破壞和大約1500人受傷,大多是被震碎的玻璃劃傷。

如果隕石達到了100~500米大小,就會在地球上砸出巨大的隕石坑,釋放出大量的濺出物,場面足以遮天蔽日。

如果撞擊地球的天體達到了10千米左右,產生的大量噴出物會圍繞在地球周圍並長期影響地球氣候。白堊紀-古近紀之交的生物大滅絕事件就和這種規模的天體撞擊有關 。

為什麼只提前了一天才發現?

對太陽系里這些熊孩子一樣亂跑的小天體,天文學家們早就又擔心又害怕,尤其是其中的近地小行星——直徑1千米以上且軌道跟地球軌道有交叉的小行星——天文界專門組織了巡天監測任務。承擔看守工作的有Pan-STARRS、ATLAS、SONEAR和Catalina等。不久前這驚險的一幕,就是被巴西的SONEAR發現的。

其實11年前也有一次類似經曆,2008年10月6日Catalina巡天系統發現了一個直徑4米多的小天體要撞擊地球,20小時後的10月7日,這顆剛剛被命名為“2008 TC3”的小天體,就在蘇丹北部努比亞沙漠上空爆炸,化做耀眼的流星雨。

科學家之所以沒能更早地發現“2008 TC3”和“2019 OK”,完全是因為這種直徑只有幾百米甚至幾十米的天體實在太暗了。如果在夜晚可觀測到的話,發現難度還相對低些,可是如果運行軌跡剛巧淹沒在太陽光中,那科學家們就算瞪瞎了眼睛也不可能看到。更何況承擔大範圍巡天任務的都是小口徑望遠鏡,只有專注小範圍天區的工作才使用大口徑望遠鏡。

另外一個困難就是引力擾動影響,小天體很容易受行星或衛星的影響改變軌道,這種軌道改變本質上是混沌系統,不能長期精確預測,只能持續跟蹤觀察,並根據觀察數據不斷更新軌道計算結果。

當然,真正世界末日級別的威脅主要還是來自於直徑在1千米以上的小行星,比如6500萬年前滅絕了恐龍的那顆小行星,據估計直徑大約10千米左右。自從近地小行星巡天監測成為一個專門任務以來,已經有近900顆直徑1千米以上的小行星被密切監視著。

天體防禦:剛起步的人類事業

巨大的天體撞擊地球會帶來不可估量的災難,想要解決這個關係全人類生存的大問題也不容易。

例如,我們具體要開展什麼樣的科學技術工作,分別對什麼樣的天體進行防禦?如果需要開展類似的研究,可能會面臨大量的經費和心血付出。這些潛在的測試和防禦系統該由誰來建立和負責?為了進行天體防禦,國家之間又該進行怎樣的合作?

1994年7月17日4時15分,一顆名為蘇梅克-列維九號的彗星碎片與木星相撞。這一直觀撞擊事件引發了人們對天體撞擊的防禦意識,科學家們開始積極主動地展開防禦性觀測。研究的主要對像是近地天體,即近日點距離小於1.3個天文單位的天體總稱。

然而觀測和監控近地天體並不是一項容易的任務。觀測內容主要集中在它們的位置、體積大小、軌道和其他性質上。來自美國加利福尼亞州帕薩迪納噴氣推進實驗室、近地天體廣角紅外線探測望遠鏡的首席研究員艾米·美因茨和她的同事們,專注於利用空間紅外相機技術來幫助尋找近地天體。但是在茫茫太空大背景下,近地天體顯得又小又遠,對不同尺寸的近地天體進行測繪,就像是在黑色的夜空中尋找煤塊或打印機墨粉一樣。

對不同大小隕石的防禦策略有很大不同。小型隕石很難被發現和預測,但是它們不會對地球造成巨大傷害。而那些大尺寸、能夠造成巨大破壞的隕石,雖然很容易檢測到,但如果真的朝地球飛過來,我們能做的非常有限。

首先,我們必須保證在近地天體距離地球較遠的時候就發現它們,這樣才能最大限度地保證反應時間。其次,稍小一點的也許可以將其破碎,但是太大的天體,只能寄希望於在物理上“推動”近地天體遠離地球撞擊軌道。而計算這種推力所需的能量,則要進一步瞭解近地天體的大小、質量、內部組成和運動方式等其他特性。

在2019年行星防禦會議上,科學家們就針對隕石威脅的問題展開了討論和“模擬演習”。在其中一項演習中,一顆140~260米級別的小行星正在以19千米/秒的速度飛向地球,一旦發生碰撞將釋放出100兆噸~800兆噸TNT當量的能量(相當於7000~450000顆廣島原子彈)。科學家擬定的策略,是聯合NASA和其他國際合作單位,在它給地球造成嚴重破壞之前,使用多個撞擊器將其推離撞擊軌道。

不過對於此類計劃,也有很多質疑的聲音。地球已經幾千萬年都沒有經曆大的天體撞擊事件了,如此興師動眾是否有必要?對此,近地天體研究中心主任保羅·喬達斯表達了他的觀點:“我們需要不斷挑戰自我,提出尖銳的難題。如果不對最壞的情況進行研究,那就什麼都學不到。”

顯然,宇宙天體防禦事件難度巨大,現階段的觀測和模擬仍是這項偉大人類事業的初步工作。對於隕石的防禦問題,人類仍有很長的路要走,好在世界各國正在為應對困難而積極合作,盡最大努力把“飛來橫禍”的災難降到最低。

文/綠洲(我是科學家公眾號)

責任編輯:朱佳琪(EN042)

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