几天前,一颗小行星与地球擦肩而过,我们几乎毫不知情。火山、海啸、气候变化……地球生物被“洗牌”的姿势可谓层出不穷。而其中最令人“猝不及防”的,当数天外来客——陨石的来访。就在上周(2019年7月25日),一颗57~130米尺寸的小行星以相对地球24.5 千米 / 秒的速度和我们“擦肩而过”,距离地球仅7.3万千米(约为地月平均距离的五分之一)。
如果这个家伙真的与地球“亲密接触”,造成的破坏无疑是灾难性的。与地球“擦肩而过”的2019 OK(好在有惊无险)。而值得一提的是,与那些长期被记录在案和时刻受到“监视”的小行星不同,这颗名为2019 OK的天体,是在飞临地球的前一天才被人们发现的,这着实令天文学家们捏了一把汗。澳大利亚的天文学家迈克尔·布朗(Michael Brown)评论道:“它就像是凭空冒出来的一样”。
其实,自从地球形成开始,这些天外来客们就频繁“拜访”地球。早期的陨石撞击,对地球的“成长”起到了积极的作用——比如说促进早期地壳形成。但后来,地球上演化出了千姿百态的生命,天体撞击就成了影响生物生存的威胁。而同为地表生物的我们,也因此格外关注此问题,尤其是那些破坏力强大的大型陨石和小行星。那么,什么样的天体碰撞可能会对我们造成伤害呢?这由它们的“体型”说了算。
如果掉下来的物质很小,如进入大气层后减速的灰尘颗粒,几乎不经历加热过程。这些细小的灰尘颗粒经常会被平流层的飞机捕捉到。当掉下来的物质稍微大那么一点,进入大气层后就可能形成美丽的流星,个别情况下还能形成壮观的流星雨。在坠落过程中,大部分的能量转化成了美丽的等离子尾巴。这种级别的天体不会对我们造成巨大伤害,大家可以放心许愿。一旦掉下来的物质大小达到米级,它们就不再是进行许愿的对象了。
大尺寸陨石的降落往往产生具有破坏力的冲击波。它们到来经常伴随着巨大的声响和刺眼的强光。尺寸达到几十米的陨石,在降落过程中只有少量能量转化成了等离子体和辐射,大部分能量还是会转化成声音和冲击波。一旦它降落在人类聚集区,就会造成严重的生命财产损失。比如2013年2月,一颗直径仅20米左右的陨石从天而降,击中了俄罗斯车里雅宾斯克(Chelyabinsk),造成了广泛的地面破坏和大约1500人受伤。
如果陨石达到了100~500米大小,就会在地球上砸出巨大的陨石坑,释放出大量的溅出物,场面足以遮天蔽日。如果撞击地球的天体达到了10千米左右,产生的大量喷出物会围绕在地球周围并长期影响地球气候。白垩纪-古近纪之交的生物大灭绝事件就和这种规模的天体撞击有关。巨大的天体撞击地球会带来不可估量的灾难,想要解决这个关系全人类生存的大问题也不容易。
例如,我们具体要开展什么样的科学技术工作,分别对什么样的天体进行防御?如果需要开展类似的研究,可能会面临大量的经费和心血付出。这些潜在的测试和防御系统该由谁来建立和负责?为了进行天体防御,国家之间又该进行怎样的合作?1994年7月17日4时15分,一颗名为苏梅克-列维九号的彗星碎片与木星相撞。这一直观撞击事件引发了人们对天体撞击的防御意识,科学家们开始积极主动的展开了防御性观测。
研究的主要对象是近地天体(Near Earth Object, NEOs),即近日点距离小于1.3个天文单位(一天文单位长度为149597870700米)的天体总称。然而观测和监控近地天体并不是一项容易的任务。观测内容主要集中在它们的位置、体积大小、轨道和其他性质上。
来自美国加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室、近地天体广角红外线探测望远镜(NEOWISE)的首席研究员艾米·美因茨(Amy Mainzer)和她的同事们,专注于利用空间红外相机技术来帮助寻找近地天体。但是在茫茫太空大背景下,近地天体显得又小又远,对不同尺寸的近地天体进行测绘,就像是在黑色的夜空中寻找煤块或打印机墨粉一样。对不同大小陨石的防御策略有很大不同。
小型陨石很难被发现和预测,但是它们不会对地球造成巨大伤害。而那些大尺寸、能够造成巨大破坏的陨石,虽然很容易检测到,但如果真的朝地球飞过来,我们能做的非常有限。首先,我们必须保证在近地天体距离地球较远的时候就发现它们,这样才能最大限度地保证反应时间。其次,稍小一点的也许可以将其破碎,但是太大的天体,只能寄希望于在物理上“推动”近地天体远离地球撞击轨道。
而计算这种推力所需的能量,则要进一步了解近地天体的大小、质量、内部组成和运动方式等其他特性。在2019年行星防御会议上,科学家们就针对陨石威胁的问题展开了讨论和“模拟演习”。在其中一项演习中,一颗140~260米级别的小行星正在以19千米/秒的速度飞向地球,一旦发生碰撞将释放出100兆吨~800兆吨TNT当量的能量(相当于7000~450000颗广岛原子弹)。
科学家拟定的策略,是联合NASA和其他国际合作单位,在它给地球造成严重破坏之前,使用多个撞击器将其推离撞击轨道。不过对于此类计划,也有很多质疑的声音。地球已经几千万年都没有经历大的天体撞击事件了,如此兴师动众是否有必要?对此,近地天体研究中心主任,保罗·乔达斯(Paul Chodas)表达了他的观点:“我们需要不断挑战自我,提出尖锐的难题。如果不对最坏的情况进行研究,那就什么都学不到。
”显然,宇宙天体防御事件难度巨大,现阶段的观测和模拟仍是这项伟大人类事业的初步工作。对于陨石的防御问题,人类仍有很长的路要走,好在世界各国正在为应对困难而积极合作,尽最大努力把“飞来横祸”的灾难降到最低。