撞击迫在眉睫。小行星逐渐显现，锯齿状的岩石表面映入眼帘时，控制室内不时传出人们紧张的喘息声。然后，画面突然停止了。
在马里兰州劳雷尔，约翰·霍普金斯大学应用物理实验的任务控制室爆发出了欢呼声。“我们命中目标了！”首席工程师一边说，一边和身旁的同事双手击掌。其他人也激动地挥舞双臂庆祝胜利，兴奋地互相拍拍彼此的背。
这是一次考验，而人类通过了考验，向保护地球免受小行星撞击迈出了关键的一步。这次测试是NASA双小行星改道测试（DART）任务的重头戏，而我是本次任务的协调负责人。2022年9月26日，双小行星改道测试航天器成功地撞击了小行星Dimorphos，这颗小行星的直径约150米，当时距离地球1100万公里。这次碰撞轻微推动了这颗小行星，改变了它的轨道。
控制室里的欢呼声是多年努力工作的结晶，证明了高尔夫球车大小的航天器产生的动力可以改变小行星未来的路径。双小行星改道测试与小行星Dimorphos的碰撞开启了太空探索的新时代，在这个时代，行星防御技术初具雏形了。
如果某一天人们发现类似Dimorphos的小行星向地球飞来，像双小行星改道测试这样的拦截飞行器就可以提前几年与该小行星碰撞以避免灾难的发生。以下是其工作原理。
第一步：找到并追踪近地小行星
避免小行星撞击地球的第一步是了解太空中有哪些近地天体（NEO），即绕近地轨道运行的小行星。
位于智利的夏威夷大学小行星陆地撞击持续报警系统（ATLAS）站点在这些近地天体观测中起到了关键作用。2024年12月下旬，该系统在例行扫描太空时发现了一颗此前未知的近地天体。按照新天体的标准天文学惯例，这颗小行星被命名为2024 YR4。“2024 Y”代表2024年的第24个半月，即12月16日至31日。“R4”是其发现顺序的编码，在这种情况下，它代表了这是这一年最后几周发现的第117个天体。
在此之前，人们已经发现了3000多个近地天体。最初，2024 YR4并不是很引人注目，它是一颗看起来很普通的小行星。不过，进一步的观察很快表明，它并不普通。
在2025年的前几周内，2024 YR4与地球相撞的可能性一直在提高。1月29日，天文学家计算出了它最终撞击地球的概率为1.3%。由于撞击概率超过了1%的阈值，2024 YR4触发了国际小行星预警网络（IAWN）向联合国外层空间事务办公发送有关潜在影响的警报。IAWN的网站上会公开发布这类警报。1月29日的通知评估了2024 YR4对地球上哪些地区带来的风险最高（即风险走廊），以及如果小行星确实撞击地球，预期会造成怎样的损害。
平均而言，像2024 YR4这种估算直径为60米的天体每隔1000年就会撞击地球1次。这种小行星被视为“城市杀手”小行星，虽然它没大到足以引发大规模灭绝，不会像直径10公里的小行星那样可能导致恐龙灭绝，但其仍然足以在距离撞击地点约50公里处带来致命伤害。幸运的是，到2月24日，全球望远镜的进一步观测已经能够非常精确地确定小行星的轨道，从而排除了它近期撞击地球的可能性。
不过，小行星和地球的关系并不总是这种简单而美好的结局。另一颗尺寸类似甚至更大的小行星最终将与地球相撞。（详见图表“近地天体威胁数据”。）
据估计，全球的太空机构对95%的直径大于1公里的近地天体进行了追踪。国际小行星预警网络和相关的空间任务规划咨询小组（SMPAG）是监测这些工作的全球性协调机构。值得庆幸的是，以上机构所追踪的巨型近地天体至少在未来100年内不会对地球造成影响。（与此同时，彗星撞击地球的概率甚至比小行星撞击地球的概率还要小）。
不过，我们只能追踪已知的近地天体，还有很多潜伏着的城市杀手小行星未被发现，它们可能会对地球上的生命构成真正的威胁。在直径50米范围内的近地天体中，人类只发现了其中7%。发现的比例低并不是因为我们尝试得不够，而是因为发现小行星更难，较小的行星看起来比较大的行星更暗。
显然，我们需要新的硬件。今年6月，智利的鲁宾天文首次拍摄到了夜晚天空的图像。未来几年内，该天文台将每隔几个晚上就通过一个8.4米望远镜上的32亿像素相机对整个可见天空进行勘察。在寻找近地天体的历史上，没有任何地面望远镜能够媲美鲁宾天文台。除了近地天体搜索之外，NASA还将发射近地天体勘测者号（NEO Surveyor），这是一架红外太空望远镜，计划最早于2027年发射。预计这两台新设备将共同发现数千颗我们从未发现过的近地小行星。至于直径140米或更大的天体，预计这两台望远镜发现的数量将占其整体数量的90%。
一旦发现近地天体，天文学家就会定期跟踪它的轨道，并推断未来一个世纪内它的轨迹。因此，任何已登记在案（例如收录在NASA或欧洲航天局的数据库中）的近地天体都很有可能会提前数十年发出预警。理想情况下，这将为开发和部署航天器留出充足的时间，以便我们更多地了解相关天体，并在必要时使这些“任性的”岩石改变轨迹。
第二步：近距离观测小行星
假如小行星2024 YR4与地球相撞的可能性上升而非下降，那么撞击预计将于2032年发生，因此这种情况特别令人担忧。
小行星2024 YR4的轨道细长，因此2025年5月中旬之后，我们就无法从地球上观测到它了。所以，在2028年6月左右它再次穿过我们在太阳系中的区域之前，即便是使用最灵敏的望远镜，我们也无法看到它。
在另一种情况下，我们将不得不等待3年才能发射侦察任务，以便近距离研究该天体。只有这样，我们才会知道接下来要采取什么措施才能在4年后小行星注定要造访地球之前，将其从地球旁引开。
实际上，2025年1月底和2月初，空间任务规划咨询小组就针对2024 YR4进行了初步讨论。不过，由于这颗小行星与地球相撞的风险很快降至为零了，因此该小组没有提出具体的建议。
双小行星改道测试和NASA的“露西号”（Lucy）任务将为2028年的侦察任务奠定基础，2023年，后者飞越了Dinkinesh小行星。近地天体侦察飞机只有宝贵的几秒钟来捕捉有关目标小行星的所需数据。当然，在小行星周围的轨道上部署一艘侦察飞船可以实现更详细的观测。不过，很少有近地天体轨道能提供飞越之外的任何部署机会，尤其是在时间紧迫的情况下。
无论轨道如何，对于侦察任务而言，最重要的问题是这颗小行星是否真的会在2032年与地球相撞。如果会，它会撞到地球的什么地方？未来的撞击位置可能会缩小到100公里以内。
该任务可能还会揭示一些复杂的情况。首先，我们可能会发现小行星实际上是多元的，约15%的近地天体被认为有二级天体绕行，也就是说，它们是有卫星的小行星。有些小行星实际上是一堆飞行的岩石。
确定小行星的质量则是另一个难题。我们需要知道它的质量才能计算它在撞击时可能造成的伤害，以及使其改道所需的能量。
遗憾的是，测量城市杀手小行星质量的技术还不存在。虽然可以通过测定侦察飞船上的引力来测量直径1公里左右的较大小行星的质量，但这种方法无法用于测量较小的小行星的质量。目前，我们能采用的最佳方式是通过近地天体飞行过程中的近距离成像来测量小行星的物理尺寸，并推断其成分，从而估算其质量。
在执行侦察任务之前，我们需要及时解决这些挑战，因为以高达每小时9万公里速度飞行的航天器会飞过形状可能不规则的天体或半笼罩在黑暗中的天体。因此，现在解决这些问题，而不是等到实际威胁出现时再解决，可能才是明智之举。
第三步：改变小行星的方向
如果侦察任务确实得出结论，表明杀手小行星即将撞击地球且撞击日期更接近了，该怎么办？以2024 YR4为例，对于地球上一个城市大小的地区而言，2032年12月22日可能会非常糟糕。即便这颗小行星坠入海洋，我们也需要借助地质和海洋计算机模型来预测海啸的风险。如果相关风险很小，那么世界各国（地区）领导人和近地天体顾问可能会选择让小行星继续运行。
另一方面，如果小行星正处于要撞击人口稠密地区的轨道上，那么就有必要发射一架航天器来改变小行星的方向以防止撞击。
在这方面，双小行星改道测试的经验很有启发性。首先，航天器撞击的冲击力是有限的。目前尚不清楚双小行星改道测试大小的偏转航天器是否具备足够的力量，能否推动类似2024 YR4的小行星避开地球。此外，撞击小行星的航天器造成的小行星轻微位移有可能导致它坠入一个更糟糕的地方，从而造成更多的伤害。如果这颗小行星的结构只是松散地结合在一起，那么一次类似双小行星改道测试的撞击就可以能将其打碎成多个更小的碎石堆，其中一个或多个碎石堆可能仍会坠落在地球上。因此，任何偏转任务都必须经过审慎考量。
其他小行星防御技术也值得考虑。虽然其他选择尚未经过测试，但我们不妨在没有任何危险的时候展开研究。
例如，如果我们有几十年的准备时间，就可以派一艘交会航天器进入杀手小行星的轨道，慢慢地持续对其采取行动。研究人员建议使用这种航天器的重力将小行星拖离其轨道或使用离子束发动机逐渐推动它。在几年或几十年的时间里，航天器可以使用一种或两种技术，让小行星的轨道发生足够大的变化，从而防止其撞击地球。
不过，如果时间紧迫，选择就少了很多。如果情况非常严重，一颗巨大的小行星可能会冲向人口稠密的地区，那么使用核爆炸来破坏小行星或使其改道则是一种可以考虑的方案。这也是1998年大片《世界末日》以及2021年网飞的讽刺剧《不要抬头》的前提。虽然很荒谬，但在别无选择的情况下也是值得考虑的。
当然，行星防御的整体理念是寻找方案，并尽可能提前准备。有一些国家目前已经在太空中执行行星防御任务，或计划在未来几年内执行相关任务。
2024年，欧洲航天局发射了其“赫拉”（Hera）任务，该任务将于2026年晚些时候与双小行星改道测试撞击的小行星系统会合，以调查2022年双小行星改道测试偏转测试的效果。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的“隼鸟2号”（Hayabusa2#）将于2026年飞越近地天体，并在2031年与另一颗小行星会合。这是日本宇宙航空研究开发机构最初的“隼鸟2号”任务的下一个篇章，2020年，“隼鸟2号”任务带回了小行星龙宫（Ryugu）的样本。中国则计划于2027年发射一个与双小行星改道测试类似的动力撞击器演示任务，同时还会发射一个观测航天器用于观测。
2029年，直径340米的小行星阿波菲斯（Apophis，以埃及的混乱和黑暗之神的名字命名）将在距离地球3.2万公里处经过，这个距离比一些地球同步卫星与地球的距离还要近。阿波菲斯将在2029年4月13日经过该区域。虽然它不会撞击地球，但其近距离通过促使联合国将2029年定为了“国际小行星认知和行星防御年”。这颗小行星非常亮，人们可以在欧洲、亚洲和非洲的部分地区肉眼看到它。NASA已经调整了OSIRIS-Rex宇宙飞船（该飞船于2023年将小行星贝的样本带回了地球）的方向，使其能够与阿波菲斯交会。重新命名的OSIRIS-APEX任务将为天文学家提供重要的机会，使其能够进一步完善我们测量近地小行星并了解其特征的方式。
NASA和FEMA的2024年行星防御演习
2024年，NASA和联邦紧急事务管理局（FEMA）围绕假定的小行星撞击威胁发起了一次跨部门桌面演习。在虚构的场景中，望远镜观测到了一颗近地天体，并计算得出该天体在2038年与地球撞击的可能性为72%。我担任了本次桌面演习的主持人，此次桌面演习旨在进一步探讨和寻找机会针对真实的“杀手小行星”场景寻找压力测试新方法。
在演习中，我们引入了一个复杂的因素，那就是，近地天体的大小仍然难以确定，它是一个直径60米的城市杀手，还是一个直径800米的天体，可能摧毁一个国家？如果是后者，将有 1000 多万人的生命和生计受到威胁。
为了专注于演习，我们将重点集中在了假设的近地天体的探测，以及随后的决策和下一步行动上。我们跟踪了探测后展开的讨论和决定。一些美国机构和组织以及联合国外层空间事务办公室和国际合作伙伴参加了相关活动。
演习暴露的关键短板在于，当前快速部署空间任务以侦察小行星威胁和防止撞击地球的能力严重不足。假设情景的巨大不确定性表明，人类有必要具备快速获取有关小行星的更精准信息的能力。
一名匿名参与者在演习快速回顾报告中表示：“我知道我倾向于（怎样的方案），但国会要求我们继续观望。”
虽然近地天体研究人员会继续收集新的数据并发展新的洞见和观点，我们也希望这会促成更好、更强大的行星防御体系，但亘古不变的真理始终如初，在这场生死博弈中，人类永远无法选择小行星，而小行星可以选择何时降临。
来源：悦智网
编辑：辣条
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