小行星防禦－你需要知道的十件事_風聞

原創：牧夫天文

文章來源：JPL

原作：JoAnna Wendel

翻譯：陳杰

校譯：牧夫校對組

編排：王璞

原文鏈接：

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7377

還記得上面這張照片嗎?(2019年1月2日的推送:NASA小行星雷達成像新進展)

沒錯，它就是那個像河馬一樣的小行星。我們在2019年1月2日的推送中進行了詳細的介紹。我們都知道侵入地球大氣層的小行星威力巨大，被科學家認為可能是導致恐龍滅絕的元兇。人類為了避免重蹈覆轍，開展了很多關於小行星的研究。今天我們就來分享十條關於小行星的知識。

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小行星為什麼會影響地球？

為什麼小行星會撞擊地球呢？在像行星一樣沿着軌道圍繞太陽運動數十億年的過程中，如果近距離接近行星，那麼行星的引力對小行星的微小影響可能會改變它的運動軌道。這將使它的軌道偏轉超過百萬年的時間尺度引起的改變。隨着時間的推移，它們的軌道可能會穿過地球。那麼這顆小行星在數千年的運動中，將會與地球在某一點相遇。小行星需要在地球穿過該點的同時到達與地球軌道的交點，才能發生撞擊。但是，與小行星軌道的大小相比，地球的尺寸顯得相當小，這也是小行星撞擊如此罕見的原因。

危險小行星軌道

圖片來源 JPL

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當前的隱患

事實上，直到科學家們證明了地球上的許多環形山是由小行星撞擊而不是火山爆發造成的（月球上的環形山也是如此），我們才認識到小行星撞擊地球的可能性。在20世紀80年代，科學家發現了6500萬年前恐龍滅絕可能是由小行星撞擊造成的證據。墨西哥灣希克蘇魯伯隕石坑的發現，進一步證明了這個想法的正確性。1994年，當蘇梅克-列維9號彗星的碎片撞擊木星時，人們目睹了近乎實時發生的小型撞擊事件，我們也真正開始意識到今天仍然可能發生大型小行星撞擊地球的事件。

月亮上的環形山

圖片來源 JPL

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不斷髮生的撞擊事件

每天，大約100噸的行星際物質降落到我們的星球上，其中大部分是微小塵埃顆粒。沙子，鵝卵石和岩石顆粒大小的小行星碎片每天都會進入到地球的大氣層中，併產生流星，你可以在任何一個黑暗的夜晚看到它們。偶爾，彗星釋放的較密集的小碎片流進入到地球大氣層中，就形成了流星雨。有時，椅子大小甚至汽車大小的太空物體進入地球的大氣層，產生真正明亮的流星（稱為火球或火流星），它們會在大氣中爆炸並瓦解。極少數情況下（每隔幾十年左右）會有更大的太空物體進入大氣層，例如2013年在俄羅斯車里雅賓斯克上空穿過的房屋大小的太空物體，產生了超級明亮的火球，衝擊波打破了窗户和門。

流星事件

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世界小行星數據庫

位於美國馬薩諸塞州劍橋市的小行星中心（Minor Planet Center ,MPC）承擔着一項重要工作。該中心在史密森天體物理天文台外，是太陽系中小行星和彗星的觀測數據和軌道數據的儲存庫，其中也包括所有近地天體（NEO）的數據。近地天體包括在地球軌道3000萬公里範圍內圍繞太陽運行的任何小行星，流星體或彗星。每當天文學家在地面或太空中使用望遠鏡觀測近地天體時，就會將物體位置的測量結果發送到小行星中心。小行星中心會對來自世界各地的觀測結果進行整理，用於計算太空物體繞太陽運動的精確軌道，以便確定這些近地天體是否會對地球造成影響。

5

誰在搜索近地物體？

1998年，為響應國會指令，美國宇航局（NASA）制定了近地天體觀測（NEOO）計劃，並一直不知疲倦地探測、跟蹤和監控近地天體。幾個遍佈全國各地天文學團隊在NASA的近地天體觀測計劃下運作，幫助NASA發現、監測和研究近地天體。目前大部分近地天體是由亞利桑那州的卡特琳娜巡天系統望遠鏡、夏威夷的全景巡天望遠鏡和快速報告系統（Pan-STARRS）望遠鏡發現的。美國宇航局的NEOWISE太空望遠鏡可以發現近地天體，並提供其物理尺寸等關鍵數據。和世界各地的許多天文台一樣，近地天體觀測計劃也支持項目之外的天文學家使用望遠鏡進行跟蹤觀測。所有這些觀察人員都將他們的近地天體位置測量數據發送到小行星中心。NASA噴氣推進實驗室的近地天體研究中心也使用這些數據計算所有已知近地天體的高精度軌道，並預測它們未來是否近距離接近地球，以及未來是否會對地球造成影響。

6

如何計算小行星軌道？

科學家通過比較小行星在天空中運動的測量位置與圍繞太陽運動軌道的計算機模型來確定小行星的準確軌道。該模型考慮了作用於小行星的所有已知的力，主要包括太陽、行星和一些其他較大的小行星的引力。然後，科學家根據觀測位置對每個小行星的軌道模型進行改進，以保證它能夠準確的預測小行星的位置。通常情況下，只需要三次觀測就可以計算出一個粗糙的軌道，使用的觀測值越多，觀測的週期越長，計算出的軌道模型和模型做出的預測就越準確。

7

尋找更大的小行星

NASA近地天體觀測計劃於1998年開始，當時人們只知道約500顆近地小行星的存在。2010年，NASA及其合作伙伴已經確定了90％以上的尺寸為1千公里或更大的近地小行星。大型小行星是NASA搜索中的首要任務，因為任何一個大型小行星都可能產生遍及整個地球的影響。天文學家認為仍然有幾十個大型小行星尚未被發現，NASA的搜索計劃每年都在尋找這些小行星。由於NASA的努力，已經消除了90％的大型小行星意外撞擊地球的風險。

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近距離接觸的小行星

你可能聽説過小行星或彗星與地球“近距離接觸”。關於“近距離”沒有準確的定義，但小型小行星比月亮更接近地球的情況並不常見。這聽起來似乎很近，但是月亮繞地球運動的半徑約385,000公里。用一個等比例模型來表示，如果地球和籃球一樣大，那麼月亮就相當於一個網球的大小，而它們之間的距離約為7米（足球球門兩根柱子間的距離）。在這個尺度上，一顆100米寬的小行星比一粒沙子小得多，甚至小於一粒塵埃。

9

近距離研究近地天體

目前，NASA有一個名為OSIRIS-REx的任務，計劃近距離研究一顆名為Bennu的小行星。科學家們最近計算出，這顆小行星在22世紀晚期（距現在超過150年）撞擊地球的可能性為1 / 2700，在此之前它沒有任何可能撞擊地球。

現在，OSIRIS-Rex航天器圍繞小行星進行軌道運動，並對其表面進行研究。此外，該航天器準備對這顆小行星進行取樣，計劃於2023年返回地球。該航天器正在研究一種被稱為Yarkovsky效應的現象——當小行星表面被太陽加熱後，熱量散發回太空時會產生很小的力，從而改變小行星的軌道。通過研究Bennu與OSIRIS-REx的數據，科學家將能夠了解從小行星的各個部分輻射多少熱量，這將有助於他們更好地理解Yarkovsky效應，更準確地預測Bennu的軌道，從而預測其可能對地球產生的危害。

OSIRIS-Rex任務

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小行星偏轉

小行星撞擊是唯一可預防的自然災害。只要我們提前發現威脅地球的小行星，並向其發射航天器使其偏轉就可以了。NASA及其合作伙伴正在研究幾種不同的方法來偏轉危險的小行星。計劃於2021年發射的雙小行星重定向測試任務（DART），就將用來驗證這些技術中最先進的動能衝擊器技術。

考慮到在測試中可能對地球造成風險，該任務不會直接干涉小行星的軌道。DART任務的目標Didymos B是一顆名為Didymos A的小行星的衞星。和汽車大小相似的DART航天器將以每小時22000公里的速度撞擊足球場大小的Didymos B，從而確認目標系統的穩健性，同時確認撞擊對該衞星繞Didymos A運動軌道的改變程度。科學家已經在地面上確定了Didymos B繞Didymos A的運動軌道，然後只需要在DART航天器碰撞後再次測量軌道，就可以確定軌道被改變了多少。這將告訴我們，在我們需要的時候，動能衝擊器可以多大程度上改變小行星繞太陽運動的軌道。

如果我們能夠提前十年或更長時間發現危險的小行星，就會有充分時間完成小行星偏轉任務。我們只需要稍微改變小行星的軌道，讓它到達地球軌道的時間“遲到”10分鐘，就能避免小行星與地球相撞。

DART任務

圖片來源 JPL

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