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最近,一颗编号为“2024 YR4”的(de)小行星(xing)“可能会在8年后撞击地球”的(de)信息在网络上引起热议,“中国已开(kai)始部署防御小行星(xing)撞击地球”冲上热搜,这是怎么一回事?人类要如何阻止小行星(xing)撞击地球?
2024 YR4 小行星(xing),什么来头(tou)
小行星(xing)“2024 YR4”图片。来源:NASA官网
在天文学中,小行星(xing)是指太(tai)阳(yang)系内类似行星(xing)环绕太(tai)阳(yang)运动,但(dan)体积和质量比(bi)行星(xing)小得多的(de)天体。美国国家航空航天局(NASA)定(ding)义小行星(xing)直径下限是1米,还有观点认为是直径10米。为什么定(ding)义为10米?北京大学地球与空间科学学院教授(shou) 焦维新解释说, 直径10米以上的(de)小行星(xing)进入地球大气层(ceng)的(de)时(shi)候才不会燃烧尽(jin),至少会有一些流星(xing)体落(luo)在地球表面。
小行星(xing)在宇宙中并不少见, 目前(qian)被人类发现的(de)就已超过3万颗,其中一部分的(de)运行轨(gui)道与地球轨(gui)道相交,存在撞击地球的(de)可能。
在发现2024 YR4小行星(xing)之后,专家最初估计该小行星(xing)撞击地球概(gai)率为1%,这样的(de)数据触发了“都灵”3级警报。
“都灵指数”示意图。来源:上海天文台
“都灵指数”(Torino scale)是一种对与小行星(xing)和彗星(xing)等近地天体撞击危险进行分类的(de)相对简单的(de)方法。当小行星(xing)直径在20米至100米之间,撞击概(gai)率超过1%就会触发3级。
这是自2004年小行星(xing)阿波菲斯曾连续4天被评级为都灵4级后,出现的(de)最高等级撞击风险。另外还有一套(tao)风险评价指标叫“巴勒莫指数”,计算方式更为复杂。
撞击概(gai)率已升至3.1%
这颗小行星(xing)与地球的(de)撞击概(gai)率在 2025年2月5日上升为1.6%,2月7日时(shi)为2.3%,2月19日时(shi)已升至3.1%。虽然(ran)概(gai)率在上升, 但(dan)反过来看,这颗小行星(xing)有近97%的(de)概(gai)率和地球“擦肩而过”。
欧洲空间局的(de)模拟统计图。图中所示为地球及月球环绕地球的(de)轨(gui)道,黄点表示根据截至2025年1月31日的(de)数据所预测的(de)2024 YR4与地球在2032年12月22日相遇(yu)的(de)可能区域,该区域只有1.6%与地球相交。来源:中国科学技术协会
“之所以预测概(gai)率会有变(bian)化,是因(yin)为 小行星(xing)撞击地球概(gai)率的(de)计算方法会受到轨(gui)道计算误差、光(guang)照和大天体引力等因(yin)素的(de)影响,”天文领域科普专家、全国科普工作先进工作者(zhe) 曹林表示,“这和天气预报类似,时(shi)间越临近,预测得也就越准确。”
随着(zhe)观测数据的(de)增加,小行星(xing)撞地球的(de)风险亦有可能下降。北京天文馆研究馆员 朱进介绍,“这种变(bian)化从以前(qian)的(de)经验讲,大多数时(shi)候可能就会减少,而且绝大多数的(de)时(shi)候它会一下变(bian)成(cheng)零。2028年,它还会有一次离(li)我们相对比(bi)较近的(de)时(shi)刻(ke),届时(shi)观测之后,我们会对它的(de)轨(gui)道有一个比(bi)现在准得多的(de)计算,对于撞击概(gai)率的(de)判断也要准很多。”
用截至2025年1月31日数据预测的(de)2024 YR4小行星(xing)运行轨(gui)道。来源:NASA官网
2004年6月,一颗尺(chi)寸约340米的(de)小行星(xing)阿波菲斯撞击地球的(de)概(gai)率一度升至2.7%,但(dan)随着(zhe)观测数据的(de)增加,在2021年科学家们排除了它在未来100年内撞击地球的(de)可能性。
关注不无道理,但(dan)不必恐(kong)慌
小行星(xing)虽然(ran)个子小,但(dan)消(xiao)息引起公众关注也并非毫无道理。 有人将此次“小行星(xing)撞地球”和导(dao)致恐(kong)龙灭绝的(de)流行假说之一“小行星(xing)撞击说”联系起来。这个假说认为,6600万年前(qian)一颗小行星(xing)撞击地球引发地球生(sheng)态灾难,最终结束了恐(kong)龙称霸地球的(de)时(shi)代,而1991年在墨西哥尤卡坦(tan)半岛(dao)发现的(de)希克苏鲁伯(bo)陨石坑进一步支持了这种观点。虽然(ran)近年来围绕恐(kong)龙灭绝的(de)原因(yin)有很多新的(de)理论,但(dan)是小行星(xing)撞击毫无疑(yi)问曾对地球的(de)生(sheng)命演化造成(cheng)过巨大影响。
还有几个著(zhu)名事件也不免让公众听到小行星(xing)到访地球而绷紧神经。 1908年,一颗冲进大气层(ceng)的(de)小行星(xing)在俄(e)罗斯西伯(bo)利亚(ya)通古斯上空发生(sheng)爆(bao)炸(zha),爆(bao)炸(zha)的(de)威力相当于1000万吨-1500万吨TNT炸(zha)药,摧毁了约2000平方公里的(de)森林; 2013年2月15日,一颗直径约20米的(de)小行星(xing)进入大气层(ceng),在俄(e)罗斯车(che)里雅宾斯克州上空约30千(qian)米处爆(bao)炸(zha),释放的(de)能量相当于40万-50万吨TNT炸(zha)药,造成(cheng)1500多人受伤,数千(qian)幢建筑物遭到损毁。
车(che)里雅宾斯克小行星(xing)撞击事件。来源:上海天文台
中国科学院紫金(jin)山天文台助理工程师 徐智坚表示,如果是一颗1公里直径的(de)小行星(xing),可能就会引起全球性的(de)灾难;如果是一颗直径140米左右的(de)小行星(xing),可能会对一个区域造成(cheng)毁灭;直径50米的(de)话可能是一个地方性的(de)影响。
据科学家推测, 形(xing)成(cheng)希克苏鲁伯(bo)陨石坑的(de)那颗小行星(xing)直径达到10公里左右,与直径不超过100米的(de)小行星(xing)2024 YR4完全不是一个量级。科学家计算,2024 YR4小行星(xing)撞击地球的(de)空爆(bao)威力大致相当于800万吨TNT炸(zha)药,可能会引发区域性灾难,造成(cheng)巨大破坏,但(dan)远不会导(dao)致灭绝。
曹林表示, 小行星(xing)撞击地球的(de)可能性虽然(ran)存在,但(dan)概(gai)率极低,普通人无需过分惊慌。他强调,宇宙广阔无垠,人类遭遇(yu)此类“天劫”的(de)几率微乎(hu)其微。况且, 地球拥有一层(ceng)天然(ran)的(de)“金(jin)钟罩”——厚厚的(de)大气层(ceng)能够(gou)有效防御大部分小天体的(de)“袭击”。
小行星(xing)撞击,已准确预警11次
小行星(xing),并不是地球稀(xi)客。 天外来物撞击地球,远比(bi)我们想象中更加频繁。
科学家曾经对陨石进行过观测研究,结果显(xian)示, 每年在地球上大于0.1千(qian)克的(de)陨石撞击事件估计有19000起,而大于1千(qian)克的(de)陨石撞击事件也有4100多起,但(dan)都是小规模的(de)。
人类首次准确预测小行星(xing)撞击地球是在2008年。当年10月6日,美国哈(ha)佛史密松(song)天体物理中心和美国宇航局宣布,格林尼治时(shi)间10月7日2时(shi)46分,一颗编号为2008TC3的(de)小行星(xing)由苏丹北部上空进入地球大气层(ceng)并发生(sheng)燃烧。事后观测表明,预计出的(de)撞击时(shi)间误差只有15秒。
2024年9月5日凌(ling)晨,小行星(xing)“2024 RW1”在菲律宾北部上空撞击地球大气层(ceng)。在该天体到达地球之前(qian)好几个小时(shi),欧洲空间局就曾发出了预警,美国亚(ya)利桑那州卡特琳娜巡天观测站(zhan)在撞击前(qian)约8小时(shi)发现了这颗小行星(xing)。最终,该小行星(xing)如预期(qi)般以20千(qian)米/秒左右的(de)速度闯入地球大气层(ceng),在距(ju)离(li)地面约25公里高度处解体爆(bao)炸(zha),未对当地人生(sheng)活造成(cheng)大的(de)影响,预报的(de)撞击时(shi)间、位置均较为准确。 这是第(di)一颗被提前(qian)预警撞击亚(ya)洲的(de)小行星(xing),也是人类第(di)9次在小行星(xing)撞击地球之前(qian)准确预测。
紫金(jin)山天文台盱眙观测站(zhan)拍摄的(de)2024 RW1。来源:@中国科学院紫金(jin)山天文台
同年12月4日0时(shi)15分左右,另一颗来自太(tai)空的(de)小行星(xing)如期(qi)而至,在西伯(bo)利亚(ya)上空进入大气层(ceng),在夜(ye)空中化为一颗火流星(xing)。全球科学家密切追踪,我国也展开(kai)多站(zhan)点组(zu)网观测, 这是2024年第(di)4次小行星(xing)撞击成(cheng)功(gong)预警,也是人类第(di)11次成(cheng)功(gong)预警小行星(xing)撞击。据了解,这颗小行星(xing)直径约0.75~1米。撞击发生(sheng)2小时(shi)后,国际小行星(xing)中心共计收到全球64个观测数据,发布正(zheng)式公告(gao)给这颗小行星(xing)编号为2024 XA1。
人类共11次成(cheng)功(gong)预警小行星(xing)撞击。来源:国家应急广播
最近几十年,为应对近地小天体的(de)威胁(xie),国际社会通力合作,已经形(xing)成(cheng)了一套(tao)常态化的(de)合作机制。 全球应对小行星(xing)碰撞风险方面有两个重要组(zu)织(zhi),分别(bie)是 国际小行星(xing)预警网(IAWN)和空间任(ren)务规划咨询组(zu)(SMPAG)。这两个组(zu)织(zhi)是在2013年车(che)里雅宾斯克小行星(xing)撞击事件后成(cheng)立的(de)。当时(shi),国际社会认识到,小行星(xing)撞击地球不是天方夜(ye)谭,人类需要把应对小行星(xing)撞击作为一项重要工作严肃对待(dai)。
国际小行星(xing)预警网的(de)目标是 协调全球资源开(kai)展小行星(xing)联合观测,而空间任(ren)务规划咨询组(zu)的(de)职能是 当发现小行星(xing)存在较高撞击风险时(shi),决定(ding)人类将如何应对。
2017年,两个组(zu)织(zhi)经过磨合协商,提出了预警、应对工作启动的(de)机制。如果小行星(xing)的(de)尺(chi)寸大于10米、撞击概(gai)率超过1%,IAWN就要向(xiang)联合国外层(ceng)空间事务办公室通报。如果小行星(xing)尺(chi)寸大于50米,且撞击时(shi)间将发生(sheng)在50年内、撞击概(gai)率超过1%,SMPAG将启动相应工作。 这次小行星(xing) 2024 YR4的(de)出现是这两个组(zu)织(zhi)真正(zheng)意义上首次启动应对工作。中国于2018年加入这两个组(zu)织(zhi),紫金(jin)山天文台盱眙观测站(zhan)口径1.04米的(de)近地天体望远镜是我国贡献共享数据的(de)主干设备,一直在持续开(kai)展近地小行星(xing)监测预警工作。
深空防御的(de)中国方案
相较6600万年前(qian)的(de)恐(kong)龙家族,人类不断发展的(de)科学“武器”,让规避小行星(xing)撞击成(cheng)为可能。人类目前(qian)已经形(xing)成(cheng)了对小行星(xing)撞击风险的(de)研判和预测能力,在各(ge)国都建设有小行星(xing)监测系统,通过地基光(guang)学望远镜等,可以探测追踪危险小行星(xing),对撞击时(shi)间、落(luo)点、危害程度进行提前(qian)预报,采取有效处置手段,最大限度降低风险。
小行星(xing)防御任(ren)务的(de)思路主要有两类: 将小行星(xing)推离(li)预测或原本的(de)轨(gui)道,使其不能与地球相撞;将小行星(xing)分解成(cheng)在大气层(ceng)中可以燃烧殆尽(jin)的(de)无害碎片。
中国科学院国家空间科学中心研究员 李明涛介绍, 目前(qian)最成(cheng)熟的(de)技术手段是发射航天器,高速撞击小行星(xing),使其改变(bian)轨(gui)道,与地球擦肩而过。2022年,美国国家航空航天局(NASA)的(de)“双(shuang)小行星(xing)重定(ding)向(xiang)测试”(DART)任(ren)务已经验证了人类有能力改变(bian)小行星(xing)轨(gui)道。此外还有一些正(zheng)在探索的(de)技术方法,比(bi)如通过 引力牵引小行星(xing)、激光(guang)烧蚀小行星(xing)等。但(dan)是目前(qian)这些方法还不成(cheng)熟。
DART任(ren)务,来源:NASA官网
中国目前(qian)已开(kai)始部署“近地小行星(xing)防御系统”,全球科学家也正(zheng)以“行星(xing)防御”为纽带展开(kai)协作。2024年9月,第(di)二届深空探测(天都)国际会议上曾传出消(xiao)息,我国正(zheng)在策划实施首次近地小行星(xing)防御任(ren)务,并发布了首次近地小行星(xing)防御任(ren)务方案设想。 中国计划在2030年前(qian)后实施首个近地小行星(xing)防御任(ren)务,采用“伴飞+撞击+伴飞”模式,对目标小行星(xing)进行动能撞击,并评估撞击效果。
近期(qi),国家国防科技工业局也发布了招聘“行星(xing)防御岗”的(de)公告(gao),旨在通过监测、预警、拦截或偏转等技术手段,防止近地小行星(xing)或彗星(xing)等天体撞击地球。