行星防御：保护地球免受太空威胁

行星防御是努力监测和保护地球免受小行星、彗星和其他太空物体的攻击。 (Image credit: SCIEPRO via Getty Images)

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（By Vicky Stein）：行星防御是努力监测和保护地球免受小行星、彗星和其他太空物体的攻击。

根据美国宇航局的说法，地球引力每天从太空中吸引超过100吨(超过90公吨)的小物体和灰尘。大多数这种物质在大气中燃烧，对地球没有任何影响；较大的陨石块可能会产生夜空中可见的明亮光线，或者是供岩石猎人寻找的小陨石。

与水星或月球更暴露的表面相比，地球的大气层更厚，更具保护性，减轻了这些小碰撞的危险。

但是地球上的生命已经被小行星撞击彻底改变了。例如，希克苏鲁伯陨石坑就是导致非鸟类恐龙灭绝的震撼地球的撞击的证据。行星防御系统致力于识别接近地球的潜在有害物体(PHOs，美国宇航局行星防御协调办公室的术语)。虽然这些系统尚未识别或处理任何重大威胁，但美国宇航局、欧洲航天局(ESA)和其他组织正在准备有一天重定向或摧毁危险物体。

今天，全球各地的望远镜定期扫描天空，以定位任何有可能撞上我们星球的天体。美国宇航局近地天体研究中心(CNEOS)的这种目录列出了这些物体的威胁等级和其他数据，以便在任何已知物体与地球相撞之前发出警告。

与此同时，研究人员正在开发方法，以物理方式改变PHOs的过程，并保护地球免受灾难性的碰撞。

目前地球上大多数防御系统的重点不是积极防御，而是识别潜在的危险。包括美国航天局及其法国国家空间研究委员会在内的一些组织参与了近地天体的跟踪和分类工作。2022年，美国宇航局的美国宇航局双小行星重定向测试(DART)任务成为第一个测试近地天体偏转实用方法的任务，展示了该机构瞄准并发送航天器与空间物体相撞的能力，从而改变其路线。

致力于行星防御的国际组织包括国际小行星预警网络和联合国外层空间事务办公室。这两个组织都参加全球规划会议和行星防御演习。国际天文学联合会的小行星中心维护着近地天体和“近距离接近”的列表。

2016年，美国宇航局建立了自己的行星防御协调办公室，以管理美国境内的合作伙伴和项目网络。美国国家航空航天局与几个基于陆地的天空调查合作，维护一份潜在危险物体的清单。这些举措包括卡特琳娜巡天(亚利桑那大学)、Pan-STARRS(夏威夷大学)、林肯近地小行星研究(麻省理工学院)和Spacewatch(亚利桑那大学)。

一些望远镜也从太空观察小行星。一个经常用于近地天体搜索的太空望远镜是NEOWISE。该望远镜最初被称为宽视场红外巡天探测器(WISE)，于2009年发射，并于2013年从休眠中复苏，获得了令人惊讶的持久成功。一段2022年的延时视频记录了12年的近地天体观测，揭示了数亿个天体。根据该任务网站，一个名为NEO Surveyor的新望远镜将于2028年发射。

展示截至2018年1月发现的近地小行星位置的动画；地球的轨道由白线标出。(图片来源:美国宇航局/JPL加州理工学院)

根据美国宇航局2014年的一份声明，美国宇航局自20世纪70年代以来一直在跟踪近地天体。2010年，美国国家航空航天局向国会报告说，它已经定位了至少90%直径大于0.62英里(1公里)的潜在危险近地天体。但该机构还负责寻找至少90%直径为140米(460英尺)或更大的潜在危险近地天体。根据亚利桑那大学的一份声明，截至2021年，美国宇航局估计，这些物体中不到一半已经被定位和分类，近地天体勘测者的开发者希望该望远镜能够在发射后的十年内填补空白。

根据美国宇航局喷气推进实验室的说法，潜在危险的近地物体是距离地球约3000万英里(4800万公里)的小行星和其他空间碎片，它们可能足够大，足以对地球造成大规模伤亡和破坏——直径约460英尺(在新标签中打开)。根据它们的大小、速度、角度和撞击区域，这些物体可能会在撞击以及随后的海啸、地震和火灾中威胁数十亿人的生命。

但是较小的身体也可能构成威胁。例如，2013年，一颗大约56英尺宽(17米)的小行星在俄罗斯车里雅宾斯克上空解体，打碎了玻璃，造成数百人受伤。1908年，一个大约130英尺(40米)的物体在俄罗斯通古斯上空爆炸，夷平了825平方英里(2137平方公里)的树木。大约5万年前，在人类文明开始之前，一块直径约150英尺(46米)的岩石撞上了现在的亚利桑那州，留下了陨石坑，或巴林杰陨石坑，今天大约有0.7英里(1.2公里)宽。

然而，较大的天体仍然是最令人担忧的。过去的撞击导致全球毁灭的证据为行星防御提供了强有力的证据。

大约6600万年前，当一个大约6英里(10公里)宽的物体撞击地球，在墨西哥留下110英里(180公里)宽的希克苏鲁伯陨石坑时，地球的生态系统和它的主要动物群体——即恐龙——永远改变了。

大约50，000年前，直径约150英尺(46米)的岩石撞击到现在的亚利桑那州，留下了大约570英尺(174米)深的流星陨石坑，或巴林杰陨石坑。(图片来源:Chris Saulit via Getty Images)

一颗更大的小行星——可能是恐龙杀手的两倍——在现在的南非留下了99英里宽(159公里)的Vredefort陨石坑。然而，因为撞击物在20亿年前撞击了地球，所以大部分陨石坑及其破坏力的证据都已经被侵蚀了。尽管可能是地球历史上最大的一次能量释放事件，但小行星撞击没有留下伴随恐龙灭绝的森林大火和大规模灭绝的迹象。那是因为在当时，地球上所有的生命都是单细胞的。

目前地球行星防御系统的优势是它提供预警的能力。人们希望，观测和预测近地天体的努力将有助于对行星威胁进行数月、数年甚至数十年的规划和应对。然而，就具体保护而言，这都是假设。

相关:到底有多少威胁性的小行星？很复杂。

科学家和工程师小组已经提出了各种可能的应对措施，以防止与地球发生危险的碰撞。这些反应主要涉及三种类型的干预，所有这些干预都旨在使目标偏离轨道:将航天器撞向目标，利用重力牵引目标，利用核爆炸蒸发部分(或全部)小行星。

在第一种类型的干预中，科学家和工程师可以发送航天器作为绊脚石，以延迟或偏转潜在的危险物体。因为地球和PHO都在太空中不断运动，改变小行星或其他物体的运动速度可能会导致它错过预期的会合点。据Space.com先前报道，这也被称为“动能撞击器”策略。

2022年，美国宇航局的DART任务通过将航天器撞向一颗小行星并监测其运动中的中断，测试了一种动能撞击器。据SpaceNews.com报道，中国也宣布了一项动能撞击器任务，计划于2026年发射。

另一种防止碰撞的假设方法是“重力牵引器”，这种航天器可以利用微弱的重力改变PHO的路线。美国宇航局打算测试一种重力牵引器，利用航天器的质量吸引小行星，将其部分材料重新定位到绕月轨道上。根据美国宇航局的说法，小行星重定向任务旨在测试重力拖拉机，提供小行星成分的样本，并支持美国宇航局最终的载人火星任务(在新标签中打开)。但该任务在2017年被取消，美国宇航局在更新中写道(在新标签中打开)，截至2023年，重力拖拉机仍未经过测试。

PHO偏转的最后一个主要建议是核选项:发送一个核弹(或几个)在目标表面上方引爆，蒸发一些物质，并导致其余物质反冲。然而，根据美国宇航局行星防御官员林德利·约翰逊(Lindley Johnson)的说法，像“世界末日”(Armageddon)这样的电影，即在小行星表面种植核装置的电影，“完全是伪造的”，Space.com在2019年报道。

美国宇航局的DART任务是第一个展示小行星任何类型的物理重定向的航天器。这次任务的目的是让一艘宇宙飞船撞上两颗一起穿越太空的小行星中较小的一颗。对碰撞及其后果的观察将允许科学家检查他们关于小行星偏转的预测和模型的准确性。

较大的小行星Didymos的直径约为2560英尺(780米)，而较小的小行星Dimorphos(以前的Didymoon)的直径约为525英尺(160米)。随着这对小行星围绕太阳运行，迪摩福斯也围绕着迪摩斯运行，每11小时55分钟绕它一周。几十年来，阿雷西博天文台和洛厄尔发现望远镜等地球望远镜已经能够“像钟表一样”跟踪这一运动，约翰霍普金斯应用物理实验室的行星科学家南希·查博特在DART发射前举行的新闻发布会上说。

Dimorphos精确模拟的轨道使这颗小行星成为DART的完美目标。研究人员不仅知道这对小行星对地球不构成威胁(即使撞出了它们当前的轨道)，而且科学家还能够确定碰撞如何影响小行星的运动。任何偏离他们长期预测路线的行为都是由DART的撞击造成的。

Dimorphos轨道的确切变化量将取决于撞击的位置、小行星的表面和内部组成，以及撞击后碎片的松动和喷射。

DART mission的科学家发现，这次撞击比航天器向小行星简单转移动量的效果高出三倍以上——可能是因为至少有220万磅(100万公斤)的碎片从Dimorphos飞出，形成了一条壮观的尾巴，并永远改变了较小的小行星的路线。