9月初,我国深空探测实验室(天都实验室)宣布,我国将实施小行星动能撞击验证任务,并向世界各国发出了合作邀请。
其实,中国在小行星防御这一领域已经做了很多准备,就连准备撞的小行星都选好了:2015XF261.
那么,为什么要开展小行星防御任务?哪些小行星需要监测预警并防御应对?该如何防御?又为啥是2015XF261这个小行星,成了我们要“怼”的第一个目标?
1980年,诺贝尔奖得主路易斯·阿尔瓦提出“小行星撞击”学说,指出0.65亿年前的一颗小行星撞击地球,产生了极大的冲击波和热浪,不仅造成了森林大火和剧烈地震,还引发了巨大海啸和覆盖全球的粉尘(包括硫和二氧化碳等物质)。这导致在地球上约75%的物种灭绝,其中就包括恐龙。
小行星撞击会引发海啸,融化地壳物质,造成大量粉尘,遮蔽天空,并引发大规模酸雨,严重破坏生态。
截止2025年7月2日,已发现的太阳系小天体接近144万颗,且数量仍在不断增加。根据小天体的公转轨道分布,主要分为近地小行星、主带小行星、特洛伊天体、半人马天体和海外天体等。
其中绝大部分小行星位于小行星带,即主带小行星。除近地小行星和主带小行星外,海王星轨道外存在大量小行星,是彗星的起源地之一。
在这些小行星中,主带小行星、特洛伊天体以及海外天体由于引力摄动、非引力效应(Yarkovsky/YORP效应)和碰撞弹射等因素,部分小行星会离开原来的轨道向内太阳系运动。
这个过程中,部分小行星会被木星引力捕获而减少了撞击地球的风险,因此木星也被誉为地球的守护神。
木星是太阳系中最大的行星,其质量是太阳系所有其他行星总和的两倍半多,因此拥有吸引众多彗星和小行星的强大引力。
部分“漏网之鱼”最终迁移到近地空间,成为近地小行星(近日距小于1.3au,au为天文单位,即太阳至地球的平均距离)。
这些轨道不稳定的小行星会被地月系统捕获,月球上密密麻麻的陨石坑就是小行星频繁撞击的结果,然而这只是冰山一角,由于地球引力较大,更多的小行星撞向了地球。只不过因为地球的板块运动、大气运动、海洋占比和生命活动等因素掩盖了陨石坑。
月球表面坑坑洼洼,不像地球表面能通过侵蚀、构造和火山活动来“美容”。
加拿大魁北克省的一个环形湖,是2亿多年前一次巨大撞击留下的火山口遗迹,如今仅从表面已经看不出当年陨石坑了。
近地小行星的轨道演化相对剧烈且频繁,其轨道与地球轨道交汇而存在撞击风险,而小行星撞击程度主要取决于其质量的大小。不同直径大小的小行星的数量不同,撞击地球的频次不同。
其中,直径在140m以上,且与地球最小交汇距离在0.05au以内的近地小行星,被称为潜在威胁小行星(PHAs),这是小行星防御的主要目标。
小行星防御任务实际上包含两个主要部分,分别为潜在威胁小行星的监测预警和变轨应对。
目前,我们对直径大于1km的近地小行星的观测较为完备;还有大量直径小于1km的近地小行星未被观测到,未被观测到的小行星中存在大量潜在威胁的小行星。
如果不能对它们进行及时的预警和撞击评估,即不具有备战能力,人类也可能无法直接应对小行星的撞击。
目前,承担普查直径大于140m以上的近地小行星的地基望远镜项目包括但不限于:卡特琳娜巡天望计划、泛星巡天计划和作为补充的小行星陆地撞击持续报警系统(Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System, ATLAS)。我国紫金山天文台的近地天体望远镜也参与其中。
对近地小行星的监测预警和碰撞评估,为变轨任务指定了目标。实际上,小行星防御任务的思路主要有两类:
将小行星推离预测或原本的轨道,使其不能与地球相撞;
2017年,为了证明防御策略具有备战能力,国际小行星预警网络(International Asteroid Warning Network, IAWN)以2012 TC4为目标开展了一场全球行星防御演习,共有14个国家参与了此次演习。
该演习目标是使用全球的观测资源,对该小行星进行联合观测、建模和预测,并测试实时协调和交互网络的能力。尽管由于飓风等不可抗力的原因而使演习失败,但在实时协调和结果共享上取得了成功。国际小行星预警网络会实时更新与地球近交汇的小行星列表。
我国的小行星撞击任务首先必须满足5个基本条件:
撞击后不会对地球产生威胁;
目标轨道倾角不大于7°,偏心率不大于0.6;
在撞击前,地基望远镜至少有一次观测窗口;
撞击时,国内的地基望远镜可见,撞击后,3年间至少有一次观测窗口;
目标必须符合在2025年-2045年的任务发射窗口。
另外,目标小行星的大小还不宜过大。一是节约成本,二是方便评估撞击效果怎么样。
基于这些条件,参与此项目的中国科学院国家空间科学中心、国家航天局和深空探测实验室等机构,将中国小行星撞击的目标初步选定为阿登型近地小行星2015XF261.
这类小行星轨道的半长轴小于地球,并且远日点大于0.983 天文单位(一天文单位为地日平均距离),会穿越地球轨道。
科学家通过2015XF261的亮度数据,估计其直径约35.5米,大小长短正好,最适合开展初步实验。
去年9月,中国科学院紫金山天文台成功对一颗进入大气层的小行星2024RW1进行了完整追踪。
今年5月29日,天问2号探测器发射升空,将对2016HO3和311P两颗小天体进行一系列探测任务。现在,天问2号还在去2016HO3的路上。
近地小行星防御任务的开展不仅有利于保护地球和人类安全,而且将进一步激发人类探索宇宙的探险精神,提高人类进入太空的科技水平。
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