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日前，我國對外宣布將組建近地小行星防禦係統，以應對近地小行星的潛在威脅。近地小行星對地球會(hui) 產(chan) 生哪些威脅？如何應對？

撰文/記者 段然（實習(xi) ） 圖文編輯/陳永傑

新媒體(ti) 編輯/李雲(yun) 鳳

采訪專(zhuan) 家：

趙海斌（中科院紫金山天文台 首席研究員）

焦維新（北京大學地球與(yu) 空間科學學院教授）

4月24日，國家航天局副局長吳豔華首次向外界披露：我國將著手組建近地小行星防禦係統，以應對近地小行星撞擊的威脅，為(wei) 保護地球和人類安全貢獻中國力量。我國這一全新的航天項目，立刻引起了學界和航天愛好者的廣泛關(guan) 注。那麽(me) 近地小行星對人類會(hui) 產(chan) 生哪些威脅？人類又該如何應對？

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近地小行星：危險的不速之客

2013年2月15日上午9時15分，俄羅斯西部小城車裏雅賓斯克的居民看到天空中出現多個(ge) 耀眼的發光體(ti) ，以極快的速度劃過天際，並伴隨著刺耳的爆炸聲。最後這些不明物體(ti) 拖著火焰撞向地麵，並引發了巨大的衝(chong) 擊波，城內(nei) 大量建築物的玻璃被震碎，總共有1491人被撞擊引發的衝(chong) 擊波所傷(shang) 。科學家在事後證實，此次事件正是一顆近地小行星的“傑作”。

▲2013年，一顆隻有20米左右直徑的隕石劃過車裏雅賓斯克的上空

在我們(men) 的太陽係內(nei) ，除了地球、火星、木星等主要行星外，還活躍著數量龐大的小行星，它們(men) 無論體(ti) 積還是質量都遠小於(yu) 普通行星，卻因為(wei) 其複雜詭異的運行軌跡和小巧的身姿，流竄於(yu) 不同行星軌道之間，成為(wei) 太陽係內(nei) 的“危險分子”。1994年，舒梅克-列維9號彗星撞擊木星，給木星表麵留下了尺寸比地球還大的傷(shang) 疤。倘若當初它闖入的是近地軌道，直接撞向地球，那後果將不堪設想。

那麽(me) 究竟什麽(me) 才是近地小行星呢？什麽(me) 樣的近地小行星會(hui) 對地球構成威脅？中科院紫金山天文台的近地天體(ti) 探測和太陽係天體(ti) 研究首席研究員趙海斌介紹說：“太陽係裏存在兩(liang) 條小天體(ti) 帶，一條位於(yu) 火星和木星之間的小行星主帶，一條位於(yu) 海王星之外的柯伊伯帶。在受到周圍行星的引力或其他作用力影響下，小天體(ti) 帶中的目標可能會(hui) 脫離原有的軌道，有一部分會(hui) 來到我們(men) 地球附近。通常我們(men) 把這些小行星稱為(wei) 近地小行星。”

▲柯伊伯帶（圖片來源：NASA）

近地小行星被定義(yi) 為(wei) 能進入距太陽1.3個(ge) 天文單位範圍內(nei) （1天文單位起初被定義(yi) 為(wei) 地球與(yu) 太陽的平均距離，後為(wei) 方便計算被學界固定為(wei) 約1.5億(yi) 公裏，簡稱AU）的小行星。按照其運行軌道的不同，近地小行星可大致分為(wei) 四類，即阿莫爾型（Amor），比如人類首次發現的小行星“愛神星”就屬於(yu) 這一類型，還有阿波羅型（Apollo）、阿登型（Aten）和阿提拉型（Atira,也稱為(wei) “地內(nei) 型”小行星）。“其中我們(men) 特別要關(guan) 注的是阿波羅型和阿登型，這兩(liang) 種類型的軌道與(yu) 地球的軌道存在交叉，如果兩(liang) 者同時運行到交叉點，那就有可能發生碰撞。”趙海斌對記者說。

當然，並非所有的近地小行星，都有能力對地球構成威脅。趙海斌對記者解釋到，在近地小行星之下還存在一個(ge) 子集，即“對地球構成潛在威脅的小行星”（簡稱PHA）。簡單來說就是直徑大於(yu) 140米，與(yu) 地球軌道距離小於(yu) 750萬(wan) 公裏的小行星，都可以歸入PHA類別。

北京大學地球與(yu) 空間科學學院教授焦維新指出：“這類小行星直徑需要在140米以上，在撞擊地球後就會(hui) 引起區域性災害，而非僅(jin) 僅(jin) 留下幾個(ge) 隕石坑。”造成重大生態災害的行星撞擊，本身發生概率是很低的，但一旦發生，其產(chan) 生的後果將是整個(ge) 地球生態乃至人類文明不能承受之重。而直徑小於(yu) 140米級別的小行星在撞擊地球時也會(hui) 產(chan) 生一定的次生災害，這類尺寸小行星撞擊地球的概率就相對較高。上文提到的2013年車裏雅賓斯克撞擊事件，其元凶就是直徑不足15米的近地小行星，盡管沒有對地球地表環境產(chan) 生重大影響，卻也造成了當地一定程度的人員與(yu) 財產(chan) 損失。而相似當量的撞擊事件在進入21世紀後就發生了十餘(yu) 起，如果這樣的碰撞發生在人口密集區域，那造成的潛在傷(shang) 害將是不可估量的。

此外，太空中那些微小的顆粒或碎片，雖隻會(hui) 在大氣層中形成一道美麗(li) 的燃燒軌跡，但對於(yu) 近地軌道的人造航天器，也是潛在的致命殺手。因此麵對這些隨時可能闖入的不速之客，建立一套完善的近地小行星預警與(yu) 防禦體(ti) 係，就顯得尤為(wei) 必要。

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觀測與(yu) 監視：從(cong) 地麵到太空廣布耳目

麵對近地小行星可能對地球產(chan) 生的威脅，人類必須要有行之有效的防禦措施，而這些措施的一大前提就要通過觀測來發現並確定這些不速之客的特征、運行軌跡和可能的撞擊時間，為(wei) 持續監測和編目工作提供依據。目前人類探測和監視小行星的工作，主要還是依靠地麵大型光學望遠鏡而開展的。在這一領域，擁有全球頂尖地麵探測設備的美國無疑是翹楚，早在1998年，美國國家航空航天局（NASA）就專(zhuan) 門成立了“近地天體(ti) 項目辦公室”（Near-Earth Object Program Office），並先後負責一批近地小行星地麵觀測項目，包括位於(yu) 亞(ya) 利桑那大學的卡特林那巡天係統（CSS），下設3台0.5-1.5米口徑不等的光學望遠鏡，迄今為(wei) 止已經發現了多達13384顆近地小行星，發現規模居全球之冠。位於(yu) 新墨西哥州的“林肯近地小行星研究小組”（LINEAR）,下設3台口徑0.5-1米的光學望遠鏡。位於(yu) 夏威夷的“全景巡天望遠鏡和快速回應係統”（也被稱為(wei) “泛星計劃”），現有2台1.8米口徑大視場望遠鏡，以及同樣位於(yu) 夏威夷的小行星撞擊末期預警係統（簡稱ATLAS），擁有2台0.5米口徑光學望遠鏡。此外，NASA的噴射推進實驗室也加入近地小行星探測和預警的行動中來，相繼開展了“近地小行星追蹤”（NEAT）、“哨兵係統”等項目，專(zhuan) 門對近地小行星進行搜索，並對其中可能存在威脅的“危險分子”進行編目和風險評估。

▲隸屬於(yu) 卡特林那巡天係統的美國萊蒙山天文台-1(圖片來源：亞(ya) 利桑那大學月球與(yu) 行星實驗室)

當然，單純依靠地基觀測手段是遠遠不夠的，地球大氣層和地麵背景往往對地麵探測產(chan) 生嚴(yan) 重幹擾，比如造成車裏雅賓斯克撞擊事件的小行星，就因為(wei) 是從(cong) 太陽方向接近地球，正好處於(yu) 地麵天文台的觀測盲區而未被探測到。可見，人類有必要擺脫地麵環境的桎梏，直接在太空中布設自己的耳目。

在建設天基觀測和預警係統方麵，美國依然是執牛耳者，早在2009年就發射了一顆“天基大視場紅外巡天探測衛星”（NEOWISE）。事實證明，使用天基設備觀測，無論是深度還是廣度都遠超過地麵巡天觀測。在任務執行的前兩(liang) 年，NEOWISE就發現了數百顆近地小行星。

▲美國萊蒙山天文台-1(圖片來源：亞(ya) 利桑那大學月球與(yu) 行星實驗室)

趙海斌介紹道：“對於(yu) 近地小行星而言，目前98%以上的數量都是美國發現的，因為(wei) 美國的設施比較完備，望遠鏡也比較多，他們(men) 做出了比較大的貢獻。”但他同時也指出，其他國家也在紛紛跟進相關(guan) 工作。特別是在天基觀測方麵，他國取得的成就同樣矚目，比如加拿大就於(yu) 2013年發射了“近地目標監視微衛星”（NEWOSSat）,專(zhuan) 門用於(yu) 監視近地小行星和空間碎片。而日本則更進一步，在2003年發射了“隼鳥號”探測器，直接在名叫“絲(si) 川”的近地小行星上著陸采樣，並將樣本送回地球—對近地小行星進行如此細致的調查，在人類曆史上尚屬首次。

▲日本“隼鳥號”探測器（圖片來源NASA）

盡管各國都做出了顯著的成績，但時至今日，人類對近地小行星的認識依然存在很大的局限，焦維新說：“雖然人類的科技發展很快，但還是有相當數量的近地小天體(ti) 並沒有被發現。根據理論推斷，直徑在100米左右的近地小行星，目前人類隻發現其總數的20%-30%，大於(yu) 100米的，人類也隻發現了不到一半左右。”

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深空防禦：為(wei) 地球撐起保護傘(san)

目前，麵對近地小行星可能的撞擊，人類能夠采取的還隻是被動的防禦措施，即依靠建設地麵人防工程等方式，將小行星撞擊時所產(chan) 生的危害降至最低。但這樣的辦法顯然無法完全杜絕次生災害的發生。如果在撞擊之前，就對小行星的運行施加影響，讓地球免於(yu) 撞擊，不是更好的選擇嗎？

▲ DART 項目撞擊雙小行星任務示意圖（製圖/蘭(lan) 城）

在太空對近地小行星實施主動防禦已成為(wei) 重大課題。目前規劃和設想中的方案可以統歸為(wei) 三種：一種是利用動能撞擊來改變小行星的運行軌道，這種簡單粗暴的方法是最先被提出來的，並且是迄今為(wei) 止唯一被付諸實踐的：目前真正實施的隻有美國的“深空撞擊計劃”和“雙小行星改道測試”計劃（DART），前者已於(yu) 2005年成功撞擊了一顆彗星的彗核，後者將於(yu) 今年9月抵達一個(ge) 雙小行星係統，並對其中較小的一顆進行撞擊實驗。其他兩(liang) 種分別是“利用長期作用力改變小行星軌道”方案（比如利用太空拖船或引力拖車改變其軌道）和“核爆”方案，但這兩(liang) 者都超越了人類現有的航天科技水平，趙海斌介紹道：“目前除了動能撞擊方案之外，其他方案尚沒有實質性的任務規劃。”

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防禦小行星撞擊：中國在行動

早在上世紀50年代，中國科學院紫金山天文台就開始進行近地小行星的觀測活動，開創了國內(nei) 近地小行星研究的先河。1995年，中科院出資開展了名為(wei) “國家天文台施密特CCD小行星巡天計劃”（簡稱SCAP計劃）的探測項目，項目以一台施密特望遠鏡為(wei) 主要探測設備。在項目開啟的5年時間裏，SCAP項目共發現了1顆彗星和2460顆小行星，並對已知的43000多顆小行星進行深度觀測，其中發現了5顆近地小行星，並從(cong) 中確認了2顆為(wei) 具有潛在威脅的小行星。進入21世紀以來，中國科學院紫金山天文台的近地天體(ti) 望遠鏡開始運行，這台我國專(zhuan) 用的近地天體(ti) 探測設備，已經發現了30顆新的近地小行星，為(wei) 我國在國際上列名立下了汗馬功勞。

▲紫金山天文台近地天體(ti) 望遠鏡觀測圓頂（紫金山天文台供圖）

但整體(ti) 而言，在近地小行星探測領域，我國與(yu) 國際先進水平還存在較大差距。趙海斌向記者介紹道：“我國迄今為(wei) 止總共發現的近地小行星隻有30多顆，而全球總共發現的近地小行星數量有28000顆左右。從(cong) 發現數量上看，我國占比並不高。”

▲紫金山天文台近地天體(ti) 望遠鏡(紫金山天文台供圖)

但隨著近年來我國航天科技不斷取得突破性進展，在近地小行星探索和防禦領域，我們(men) 的航天人必將做出更大的貢獻。未來計劃建立的近地小行星監測預警係統和防禦係統，將真正刷新我國在這一領域的成就。當然該項目的實際意義(yi) 是超越國界的，趙海斌認為(wei) ，防禦近地小行星撞擊地球，本身就是一個(ge) 需要站在人類命運共同體(ti) 的高度去考慮的問題。在談到這個(ge) 雄心勃勃的計劃時，他對記者說：“如果是比較大的撞擊，那就會(hui) 引起全球或區域性的災害。中國作為(wei) 一個(ge) 航天科研能力快速進步的國家，同時也是一個(ge) 負責任的大國，需要具備這樣的能力，去保衛我們(men) 共同的家園。”

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