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當地時間2022年11月19日淩晨4時27分，美國和加拿大邊境的安大略湖畔，大部分人都還在沉沉的睡夢之中。一顆代號為(wei) 2022 WJ1的近地小行星悄然而至，以極低的角度闖入大氣層，拖著明亮的尾巴劃過安大略湖區，在燒蝕和壓力作用下，在大氣層中解體(ti) 爆炸。不少人在睡夢中被巨大的震動聲驚醒，當地監控鏡頭記錄了這顆小行星劃過天空將黑夜照亮的場景。實際上，這是人類第六次提前預警到近地小行星撞擊地球，這顆小行星在天文學家的密切監測下隕落在安大略畔。

視頻1——近地小行星掠過多倫(lun) 多加拿大國家電視塔

（視頻來源：EarthCam）

Part.1

事件回顧

撞擊事件發生3個(ge) 小時前，位於(yu) 美國亞(ya) 利桑那州萊蒙山頂的卡特琳娜巡天係統正在開展對近地小行星的日常巡天觀測。卡特琳娜巡天係統由3台光學望遠鏡組成，口徑1.5米和0.7米的寬視場巡天望遠鏡（國際編號分別為(wei) G96和703）用於(yu) 發現未知小行星，而口徑1.0米窄視場望遠鏡（國際編號為(wei) I52）用於(yu) 對新發現的小行星進行跟蹤測量。卡特琳娜係統是全球發現近地小行星效率最高的望遠鏡係統，迄今為(wei) 止發現了全球超過一半的近地小行星。在此前5次成功預警到近地小行星撞擊地球事件中，有4次是由卡特琳娜巡天係統發現的。巡天觀測的主要任務是發現那些未知的近地小行星——其中有一些可能對地球造成嚴(yan) 重威脅。比如2013年，一顆直徑大約18米的近地小行星在俄羅斯的車裏雅賓斯克地區上空解體(ti) 爆炸，導致了接近1500人受傷(shang) 。

圖1 車裏雅賓斯克事件動圖

（圖片來源：NASA）

在茫茫夜空中搜索小行星並不容易。因為(wei) 這些暗弱的小行星可能來自全天空任何方向，而望遠鏡某個(ge) 瞬間能看到的天區就像一束手電筒的光。因此，需要將廣袤的夜空劃分成若幹“網格”天區，再用手電筒逐一照亮這些網格“天區”，得到一副觀測圖像。圖像裏會(hui) 有很多恒星，有明亮的恒星、也會(hui) 有暗弱的恒星。如果足夠幸運的話，可能還會(hui) 有行星、矮行星以及小行星和彗星。但此時天文學家並不能分辨出來哪些目標是小行星，因為(wei) 在“手電筒”照亮的短短的幾十秒內(nei) ，這些目標幾乎都是靜止的。天文學家需要每間隔一段時間，比如10分鍾左右，用“手電筒”再次逐一照亮這些網格“天區”。對同一片天區在不同時間拍攝的圖片進行對比，扣除靜止的恒星和背景噪聲等幹擾後，才可以找到處於(yu) “移動”狀態的近地小行星。

格林尼治時間11月19日4時53分（當地時間19日0時53分、距離小行星撞擊約3.5小時），卡特琳娜巡天係統G96望遠鏡第一次拍攝到這顆小行星，在5時02分、5時10分、5時18分又分別拍攝了三張圖像。在對四張圖像處理後，卡特琳娜係統觀測員David Rankin發現了這顆有可能會(hui) 衝(chong) 向地球的小行星。由於(yu) 之前有過4次成功發現地球“撞擊者”的經驗，值班人員敏銳地判斷到這可能是一顆將要撞擊地球的小行星。卡特琳娜係統隨即終止了日常巡天程序，利用G96望遠鏡在5時35分時，每間隔11秒對這顆小行星連續拍攝了4張圖像，以提高對這顆小行星的軌道測量精度。新的數據確認了這顆小行星會(hui) 以極大概率衝(chong) 向地球，操作人員隨即將3台望遠鏡全部對準小行星，進行精密跟蹤觀測，美國堪薩斯州的遠點天文台（Farpoint Observatory）、加州的沙斯塔穀天文台（Shasta Valley Observatory）也對該小行星進行了跟蹤觀測。

視頻2 卡特琳娜巡天係統拍攝到的小行星圖像

（視頻來源：Catalina Sky Survey）

格林尼治時間6時12分（當地時間淩晨2時12分，距離小行星撞擊約2.2小時），在G96、703和I52望遠鏡各自完成了4次觀測後，卡特琳娜巡天係統確認了這顆近地小行星撞擊地球的概率將到達100%，也測量出來這顆小行星的絕對星等為(wei) 33.5,這意味著這顆小行星尺寸可能不足1米——這種尺寸的小行星會(hui) 在大氣層中燒掉、不會(hui) 對地麵造成任何威脅。這些數據被同步到國際小行星中心網站，美國宇航局的“偵(zhen) 察兵”係統也對這些數據進行了分析。

圖2 “偵(zhen) 察兵”係統分析表明這顆小行星撞擊地球可能性為(wei) 100%

(圖片來源：NASA）

格林尼治時間 6時20分（當地時間淩晨2時20分，距離小行星撞擊約2小時），卡特琳娜係統的首席運營專(zhuan) 家Richard A. Kowalski向小天體(ti) 郵件列表（ Minor Planet Mailing List，MPML）群發了一則消息——卡特琳娜巡天係統發現了一顆看起來要撞擊地球的小行星C8FF042，呼籲全球觀測者對該小行星進行觀測，以獲得盡可能多的數據。MPML郵件列表聚集了來自全球不同地區的天文專(zhuan) 家和愛好者。美國天文學家Bill Gray預測該小行星將於(yu) 格林尼治時間8時26分55秒隕落在美國與(yu) 加拿大邊境的安大略湖畔布蘭(lan) 特福德上空。有人嚐試進行了跟蹤，發現這顆小行星移動太快了，望遠鏡無法跟上這顆小行星，但編號為(wei) H36和T12的望遠鏡還是成功地“逮”到了這顆小行星。有人開始在社交平台發布消息，呼籲還沒有睡眠的“夜貓子們(men) ”對即將到來的小行星進入大氣層引發的火流星場景進行觀測。

圖3 Richard A. Kowalski向小天體(ti) 郵件列表發送的郵件

（圖片來源：作者）

格林尼治時間7時55分（當地時間淩晨3時55分，距離小行星撞擊約0.5小時），位於(yu) 冒納凱阿火山頂、編號為(wei) T12的夏威夷大學88英寸望遠鏡捕獲了這顆小行星的最後一副圖像，隨後這顆小行星進入了地球的陰影之中，沒有望遠鏡能夠再次看到這顆小行星。但小行星闖入大氣層後，在大氣摩擦和燒蝕作用下，小行星的動能會(hui) 轉化為(wei) 光能向外輻射，將形成明亮的火流星。由於(yu) 這顆小行星進入大氣層的角度僅(jin) 有10°左右，它將以接近水平的角度撞向地球，這意味著掠過的軌跡將非常長，安大略湖畔居民如果還處於(yu) 清醒狀態，將能見證這顆拖著尾巴的小行星火球在劃過長長的軌跡後撞向地球。有人開始帶著便攜式拍攝設備來到戶外，等待這顆小行星進入大氣層。

格林尼治時間8時27分（當地時間淩晨4時27分，撞擊發生），這顆小行星如約而至，它拖著長長的明亮的尾巴，自西南偏西向東(dong) 北偏東(dong) 劃過。有人拍到了這顆小行星劃過位於(yu) 多倫(lun) 多的加拿大國家電視塔的場景，可以看出這顆小行星向高速列車一樣，接近水平地劃過加拿大國家電視塔，在大氣摩擦和燒蝕作用下，解體(ti) 爆炸，一路灑落碎塊。由於(yu) 角度較低，這顆小行星經過了充分的大氣減速，所以看起來似乎小行星運行速度並不高，很可能有大量小碎塊降落到地表。美國宇航局對落點進行了分析，認為(wei) 很可能在安大略畔尋找到小碎塊，但大碎塊可能落在了湖裏。有人聽到了小行星解體(ti) 引發的巨大震動聲，感覺就發生在附近；有人半夜醒來，聽到廚房裏盤子發出震動的聲音。國際小行星中心在對數據進行處理後，為(wei) 該小行星賦予臨(lin) 時編號2021 WJ1，而此時小行星已經撞擊了地球。

圖4 可能的落點

（圖片來源：NASA）

Part.2

並非第一次提前預警小行星撞擊

這是人類第六次成功預警到近地小行星撞擊地球事件。此前5次分別為(wei) ：

——2008年10月6日，卡特琳娜巡天係統發現的2008 TC3小行星，尺寸約為(wei) 3米，撞擊速度約為(wei) 12.8km/s,預警時間約為(wei) 17小時；

——2014年1月1日，卡特琳娜巡天係統發現的2014 AA小行星，尺寸約為(wei) 2.3米，撞擊速度約為(wei) 11.7 km/s，預警時間約為(wei) 19小時；

——2018年6月2日，卡特琳娜巡天係統發現的2018 LA小行星，尺寸約2.8米，撞擊速度約16.8km/s，預警時間約為(wei) 7小時；

——2019年6月22日，卡特琳娜巡天係統發現的2019 MO小行星，尺寸約5米，撞擊速度約為(wei) 16.1km/s，預警時間約為(wei) 12小時；

——2022年3月11日，匈牙利雙魚座天問題發現的2022 EB5小行星，尺寸約2米，撞擊速度約為(wei) 18.5km/s，預警時間約為(wei) 2小時。

可以看出，卡特琳娜係統在預警撞擊地球的近地小行星方麵獨具優(you) 勢。這跟卡特琳娜係統的設計和運營理念相關(guan) 。大部分用於(yu) 小行星監測的望遠鏡都是“單打獨鬥”，而卡特琳娜巡天係統打的是“組合拳”——2台巡天望遠鏡協同配合對廣域天區進行普查，而一旦發現可能撞擊地球的來襲小行星，馬上將巡天模式切換為(wei) 應急模式，調動全部3台望遠鏡對來襲小行星進行跟蹤測量，可以及時判斷目標小行星是否為(wei) 撞擊者。相比之下，另外一個(ge) 在近地天體(ti) 巡天領域作出巨大貢獻的望遠鏡係統——泛星計劃望遠鏡，雖然單台望遠鏡能力比卡特琳娜係統要更突出，但由於(yu) 缺乏自跟蹤能力，迄今尚沒有提前發現一顆撞擊體(ti) 。除此之外，卡特琳娜巡天係統的數據處理係統專(zhuan) 門優(you) 化了針對撞擊體(ti) 的軌道確定算法。盡管在人工智能時代，望遠鏡數據處理逐漸向智能化方向發展，但卡特琳娜巡天係統一直有觀測員值班，可以第一時間研判撞擊情況、及時啟動應急模式並對外公布信息。這也是卡特琳娜巡天係統在口徑並不突出的條件下，連續多年獲得近地小行星巡天發現冠軍(jun) 的重要原因。卡特琳娜巡天係統的成功經驗對我國未來構建近地小行星監測預警係統也有借鑒意義(yi) 。

圖5 卡特琳娜巡天係統

（圖片來源：Catalina Sky Survey）

Part.3

無須驚慌，也不能掉以輕心

實際上，米級小行星撞擊地球，幾乎每個(ge) 月都會(hui) 發生，絕大部分都是在撞擊地球之後，才被人發現，形成耀眼的火流星事件。比如發生在2017年的雲(yun) 南香格裏拉火流星事件、2018年的雲(yun) 南西雙版納火流星事件、2019年的吉林鬆原火流星事件、2020年的青海玉樹火流星事件、2021年的河南南陽火流星事件，以及今年在甘肅寧夏邊界發生的固原火流星事件。這類事件一般不會(hui) 對人類生命財產(chan) 安全造成危害，但會(hui) 引發比較大的社會(hui) 關(guan) 注，甚至會(hui) 吸引隕石獵人去獵尋這種稀有的“天外來客”——隕石。

近地小行星撞擊地球頻率與(yu) 其尺寸呈反比關(guan) 係。尺寸越小的小行星撞擊地球頻率越高，但由於(yu) 大氣層保護，小尺寸小行星一般會(hui) 在大氣層中解體(ti) ，引發危害也小，甚至完全無害。尺寸較大的小行星撞擊地球頻率低，但一旦撞擊引發危害性效應極大，甚至引發地球環境災變，導致物種滅絕。就像6500萬(wan) 年前，一顆直徑大約10千米的近地小行星撞擊北美墨西哥灣，是導致恐龍滅絕的重要科學模型之一。但值得慶幸的是，這類可能導致全球級災難的直徑公裏級的近地小行星，人類已經編目了95%以上，我們(men) 遭遇這種“絕世天劫”的可能性微乎其微。

表 小行星撞擊危害與(yu) 平均撞擊間隔

（來源：美國國家近地天體(ti) 戰略規劃與(yu) 應對方案）

當然，我們(men) 也不能掉以輕心——真正值得關(guan) 注的是直徑20米級、50米級和140米級近地小行星。這類小行星數量多、撞擊概率不忽視，也能引發城鎮級、大城市級和區域級危害。但截至目前，直徑140米級小行星僅(jin) 發現了約40%、直徑50米級近地小行星發現率不足5%、而直徑20米級近地小行星發現率不足1%。這意味著，人類防範近地小行星撞擊威脅還有很長的路要走。

出品：科普中國

作者：李明濤（中國科學院國家空間科學中心）

監製：中國科普博覽

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