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《新京报·新知周刊》

 
 
 

日志

 
 

阻击太空杀手  

2008-01-14 16:08:00|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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阻击太空杀手
 
www.thebeijingnews.com · 2008-1-13 10:25:45 · 来源: 新京报
 

 

NASA帕萨迪纳喷气推进实验室和意大利比萨大学的专家们,曾对具有潜在威胁的天体做了风险评估。结论是,直径在500米以上的小行星有可能会带来全球性的灾难,它们撞击地球的可能性为大约每10万年发生一次。虽说概率很小,但决不意味着人类可以高枕无忧。

 

由此,在观测小行星轨道外,科学家也在尽力设想各种解决之途,以避免这种太空大碰撞的发生。迄今为止,科学家设计出了一系列偏移撞地小行星的方法,包括用激光和巨大太空镜蒸发小行星表面冰块,从而改变它们的轨道;或者喷涂小行星一半表面,使其受热不均匀,从而改变轨道。下面的几个方法被认为是最有可能被付诸实施的。

 

方法1 小规模撞击法

 

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堂吉诃德计划的效果模拟图,一驾飞船撞击小行星,而另一驾则在周围进行观测,并协助计算撞击效果。资料图片

 

最早提出的方案,也最为人熟悉的,那就是撞击法———类似在好莱坞电影中,利用核武器的爆炸把将撞击地球的小行星炸得粉身碎骨,或者在小行星一侧引爆核装置。发射太空船和其他东西撞击小行星,使其偏离轨道。然而,人类从未在外太空环境中进行过核爆炸的实验,这种爆炸产生的结果难以预计。首先小行星能否被送到一个安全的轨道,还是个未知数。其次,许多小行星实际上是松散地聚集在一起的石头堆。核爆炸的威力很可能会将其炸成几个大碎块。北京天文馆副研究员李良就指出,炸毁有威胁的近地小行星似乎不太可取,那样做会造成大量天体碎片垃圾,对地球上空的环境造成极大的污染,对人类太空活动也会造成很大的危险。看来,这个方法不保险。于是天文学家又想到用小行星来撞击小行星这一设想。

 

根据这个计划,科学家必须事先“捕获”一颗较小的、直径40米左右的无害小行星,然后将其“停泊”在距地球150万千米的“拉格朗日点”上———在这个点上,地球和太阳之间的重力影响处于平衡状态。

 

一旦科学家发现一颗更大的撞地小行星正朝地球飞来,那么这颗停泊在“拉格朗日点”上的小行星就会派上用场,将可以在8个月之内调整进入“杀手小行星”的轨道,和它发生碰撞,使其偏离撞地轨道。

 

然而,这一撞击法并没有得到所有人的认可。反对者质疑这种方法的可行性。类似要“捕获”这样一颗小行星,科学家必须先“派遣”一个机器人登陆到小行星上面,每秒钟要挖掘出至少数十立方米的岩石,并要挖上一年,挖掉这颗小行星66%的质量,这样才可以提供将它“捕获”的动力,并且驱使它撞向更大的小行星。

 

此外,还可以派遣太空船撞击小行星。欧洲宇航局先进概念小组航空宇宙工程师达里奥·伊佐目前正在为欧洲宇航局的“堂吉诃德任务”(Don Quijote)工作。该计划正在研究用“自杀撞击太空船”偏移杀手小行星的方法。

 

李良指出,这一计划就是派两艘太空船前往一颗小行星。其中一艘太空船名叫西达尔戈(Hidalgo),它将和这颗小行星高速相撞,而另外一艘名叫桑丘(Sancho)的太空船则将在附近测量小行星的轨道改变情况。

 

 

方法2 引力拖车法

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利用太阳帆推移小行星的效果模拟图。天文学家希望用太阳帆推动小行星,也为太空旅行提供能量。资料图片

一辆款式新颖的引力拖车出现在一颗小行星附近———这不是什么好莱坞电影,而是科学家的一大构想。美国休斯敦约翰逊太空中心的华裔航天员爱德华 ·卢(Edward Lu,卢杰)早在2005年就设想出了一款“引力拖车”,相关设计方案在当年11月10日出版的《自然》杂志上公布。爱德华·卢指出:“如果发现某个小行星运行在将和地球碰撞的轨道上(科学家会提前几十年知道),只需稍微改变其速度就可避免发生碰撞。”

 

科学家们的设想是,这个引力拖车利用引力作用,改变小行星的轨道。飞船无需在小行星表面登陆,要做的只是在小行星上空盘旋,利用这两个物体间的引力使小行星逐渐偏离轨道。同时利用飞船推进器,避免与小行星发生碰撞或让小行星逃离。在卢杰看来,虽然引力拖车对小行星施加的引力微乎其微,但一周左右的累积效应,应当能够完成最初的设想。

 

爱德华·卢指出,这种解决途径还有一个好处就是能保持目标小行星的完好无损。由于部分小行星是由许多小石块在引力作用下组成的一块松散的天体,如采用发射火箭撞击的方案,则会把其完全打散,反而增加了地球遭撞击的可能性。

 

这一方案并不是毫无瑕疵。来自NASA火箭推进实验室的史蒂夫·切斯利 (Steve Chesley)指出,面对有可能和地球遭遇的小行星,人们实际上是处在两难之间。如果当我们对小行星轨道进行重新测算后,最后发觉它根本不会对地球产生威胁;而我们又向小行星发射了引力拖车,那样上亿美元就将打水漂。

 

 

方法3 滑浪风帆法

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引力拖车干扰小行星运行轨道示意图。美国B612基金会正在尝试制造一台类似的飞船。资料图片

 

与此同时,科学家也提出用一个巨大的“风帆”来改变小行星的运行。科学家假设,如果能够提前15年、20年甚至30年发现对地球有威胁的小行星,那么在这种清况下,只要助那颗小行星“一臂之力”就可以解决麻烦了。

 

科学家指出,我们可以顺着小行星运动的方向推它一把,以扩大它的轨道。或者相反的,我们让它刹车,缩小它的轨道。因此,10年或20年间必须向小行星施加一股力。太阳光可以帮这个忙,如果把一面1万平方米的太阳帆或者说太空镜子绑在小行星上,投射在上面的阳光能产生持续的压力。

 

由英国格拉斯哥大学研究人员马斯米来罗·瓦西尔(Vasil)领导的科研小组曾比较过各种方法,得出最佳办法是让一排太空船全部装上镜子,从地球发射到小行星附近,并在小行星附近盘旋,聚集太阳光到小行星的一个点上。

 

通过这种方法,它们可以将小行星表面的温度加热至2100℃以上,足可以让它蒸发起来。当蒸汽从小行星上喷涌而出时,它们将会产生一个反向的小小推动力,从而改变小行星的运行轨道。

 

然而,令人生畏的是,为偏转一个直径20千米的小行星———大小与灭绝恐龙的小行星相当,需要5000个太空船联手将太阳光聚集到此小行星上,而偏转其轨道的时间需要3年或以上。

 

科学家集体献策,越来越多的小行星撞地解决方案涌现出来。然而,究竟哪种方法相对可行呢?

 

李竞和李良给出的答案颇为一致:目前还处于理论阶段,而所有关于小行星撞击地球的说法还是一种推测。“不过,2005年的深度撞击却给出了一个很好的例子。”李竞指出。

 

“深度撞击”号飞船在4.4亿千米之外,能够准备瞄准并撞击坦普尔1号彗星上的预定部位,撞击的时间、角度、速度、力度和释放的能量都是在数年前便计算好的。在李竞看来,这些都为人类以后解决小行星撞击地球积累了经验,万一,将来有一天人类也许真的会面临撞击大灾难。

 

 

■ 延伸话题

空间撞击血泪史

 

K-T事件

 

墨西哥的尤卡坦半岛上有一个叫做希克苏鲁伯的陨石坑(Chicxulub Crater),直径超过180千米。这个陨石坑被埋藏在1100米厚的石灰岩底下。研究人员认为,造成这个巨大陨石坑的那个撞击者,直径在9千米以上。

 

科学家将这次撞击与恐龙联系起来,是因为他们在地层中发现了一条界线,K—T边界,意思是白垩纪-第三纪界限的标记线。边界以下的岩石中含有丰富的恐龙化石,但在边界以上,恐龙消失了。

 

K-T边界岩石中含有铱,铱是一种稀有金属,在地球中的平均含量只有十亿分之一。然而这个岩层中的铱含量是正常含量的200倍。还能在哪里找到这么多的铱呢?在太空中。

 

 

通古斯大爆炸

 

1908年6月30日7时17分,北纬60.55度、东经101.57度,在俄罗斯帝国西伯利亚森林的通古斯河畔,一声巨响突然爆发,巨大的蘑菇云腾空而起,天空出现了强烈的白光,气温瞬间灼热烤人,爆炸中心区草木烧焦。

 

这一爆炸的破坏力后来估计相当于1500至2000万吨TNT炸药,让超过2150平方千米内的6000万棵树倒下。这个爆炸被横跨欧亚大陆的地震站所记录,其所造成的气压不稳定甚至被当时英国刚发明的气压自动记录仪所侦测。在美国,史密松天文物理台和威尔逊山天文台观察到大气的透明度有降低的现象至少数个月。

 

苏联科学家、第一位亲临通古斯现场的莱奥尼德·库利克认为,1908年通古斯大爆炸是由于一颗流星落到了地面引发的。

 

苏-列9号撞击事件

 

苏梅克—列维九号彗星(Shoemaker-Levy 9, SL9, D/1993 F2)是一颗于1994年与木星撞击的彗星,也是人们首次直接观测到的太阳系的天体撞击事件。

 

这颗彗星由美国天文学家苏梅克夫妇(Eugene and Carolyn Shoemaker)及天文爱好者列维(David Levy)三人共同发现的。

 

原本此彗星脱离位于太阳系外侧的小行星带进入太阳系成为周期性彗星。1992年7月8日,它距木星表面4万千米时因受到强大的引力而分裂为21个小碎块,并于格林尼治时间1994年7月16日20时15分开始陆续墬入木星大气层。

 

多块碎片的撞击威力中,以碎片G的威力最大。它于7月18日07时32分 (UTC)撞向木星,威力达600万吨TNT炸药。

 

 

新知专题采写/本报记者 李健亚

 

本专题感谢:

李竞(国家天文台研究员)

朱进(北京天文馆研究员)

李良(北京天文馆副研究员)

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