保护地球免受小行星撞击的最佳方法是什么？

在 2015 年 4 月举行的行星防御会议上，一组航空航天专家被要求解决这个虚构的场景：

2015 年 4 月 13 日“发现”的假想小行星 2015 PDC 即将与地球相撞。这颗小行星直径在 500 到 1,300 英尺之间，最早可能在 2022 年 9 月撞向地球。我们该怎么办？ ¹

尽管该场景完全是假设的，但会议组织者试图使其尽可能真实，包括科学家将面临的所有未知数，例如小行星的大小、成分以及可能撞击地球的具体位置。

在会议上，与会者探讨了一种让航天器撞击小行星以改变其轨道的策略。现在，一篇最近的论文研究了如果这种情况在现实生活中出现，避免灾难的第二种方法。

如果小行星正在发动攻击该怎么办

首先，研究小组利用现有数据计算这颗虚构的小行星是否会撞击地球以及撞击地点。风险最高的地区覆盖了从土耳其到印度的广阔区域，包括德黑兰、新德里和达卡等人口密集的地区。

这颗虚构的小行星有可能坠入海洋中心，而不会造成太大破坏。（另一方面，撞击海岸附近的区域可能会造成相当严重的破坏。）为了进行这项研究，研究人员假设了最坏的情况：这颗虚构的小行星将撞向人口密集的城市中心。这引出了下一个问题：

我们如何才能阻止它杀死很多人？

尽管从《世界末日》导演迈克尔·贝到美国宇航局，每个人都认为我们可以炸毁一颗即将撞击的小行星，但这个想法还是存在争议。《外层空间条约》严格禁止在太空中使用核武器。此外，一些科学家认为，小行星爆炸产生的碎片可能造成的破坏力不亚于最初的小行星，甚至可能更大。

“我的立场是，只有当所有其他选择都注定失败时，才应使用核偏转，”马德里理工大学空间动力学研究员、论文主要作者克劳迪奥·邦巴德利 (Claudio Bombardelli) 表示。

“只有当所有其他选择都注定失败时，才应该使用核偏转。”

相反，邦巴德利的团队支持使用“离子束引导器”——这是他们团队和其他团队几年来一直在研究的概念——来将即将来临的小行星推离危险。

离子偏转的工作原理

邦巴德利和他的同事评估了一项计划，即向假想的小行星发射一束离子（带电粒子）。离子将以每秒约 19 英里的速度行进，在撞上小行星时将其动量传递给小行星，使其稍微偏离预期路径。

“这是非常微小的力量，”邦巴德利说道，“只有施加很长一段时间，这种力量才能发挥作用。”

在这篇论文中，研究小组假设这颗小行星重约 2000 万吨，通过在约两年的时间里稳定地施加相当于一颗草莓重量的力，他们能够将其轨道改变数百英里。

离子束可以由使用离子发动机的航天器产生，类似于最近抵达小行星带矮行星谷神星的“黎明”号航天器。

最初，这些离子发动机将驱动航天器飞向小行星。然后，当它到达小行星时，它可以调转方向，将其离子废气导向小行星，以推动它。因此，这些发动机将具有双重用途，Bombardelli 表示，这可以减轻航天器的重量。

和黎明号航天器一样，这艘假想的航天器将利用太阳能电池板的电力将氙气分解成离子，从而产生离子束，航天器对离子进行充电，直到它们从航天器尾部抛出。

研究团队计算得出，偏转小行星的航天器需要大约 11 千瓦的功率才能完成任务，这与黎明号所取得的成果完全一致。

美国宇航局近地天体项目的保罗·乔达斯 (Paul Chodas) 表示：“我们相信离子束偏转在某些情况下会奏效。”乔达斯是此次会议假设情景设计的关键人物，但并未参与邦巴德利的研究。

Chodas 表示，甚至有可能设计出比本文所要求的更强大的离子航天器。NASA 的小行星重定向任务将测试一台 40 千瓦的离子发动机。

离子束对小行星施加的确切力量目前仍有些模糊，但 Bombardelli 和他的团队正在德国航天局的等离子真空室中测试该策略。到目前为止，他们的结果与他们的估计相符。

发射和会合

研究人员于2017年5月28日发射了假想的航天器，并于2019年9月30日抵达这颗假想的小行星。

只剩下三年的时间来偏转这颗小行星，假设它的直径为 820 英尺，密度与普通小行星相同（2 g/cm3），那么没有足够的时间将它推到足够远的地方以完全绕过地球。但有可能将它移到一条破坏性较小的路径上。因此，下一个大问题是：

你把它放哪儿了？

在最糟糕的情况下，研究人员设想小行星将飞向拥有 1600 多万人口的新德里。他们计算得出，经过 22 个月的离子束照射，小行星将偏转到阿富汗帕克蒂卡省的农村地区，从而将伤亡人数减少两个数量级，并几乎消除基础设施损坏。

然而，如果航天器只能在 15 个月内对小行星进行探测，那么这段时间只够将其送至巴基斯坦旁遮普省。该地区比阿富汗沙漠更为发达，但仍能将伤亡人数减少一个数量级。

这两种策略的政治挑战可能比科学挑战更难克服。印度将小行星从新德里转移，并将其送至巴基斯坦人口稠密的地区和阿富汗沙漠，这公平吗？显然，各国需要达成协议，对受到撞击的国家和地区进行补偿。

研究人员计算，如果这颗小行星的目的地是孟加拉国首都达卡而不是德里，13 个月的离子束偏转可以将其重新导向缅甸，从而将人员伤亡和基础设施损坏减少两个数量级。

而一颗注定要撞击德黑兰的小行星其实是最容易被转移的，因为伊朗首都周围都是沙漠。只需一两个月的离子束压力，小行星就可以改变方向，将伤亡和损失减少两个数量级以上，而且不需要太多的政治手段。

其他选择

根据科学家的计算，要使这颗虚构的小行星偏转，使其完全避开地球，需要五艘离子束航天器，耗时 33 个月。而要完全阻止一颗 1300 英尺宽的小行星，则需要 20 艘航天器。建造和发射如此多的航天器可能会非常昂贵。

Chodas 说：“尺寸非常重要，而这是我们事先无法充分了解的事情。”

在某些情况下，离子束偏转根本不起作用。离子需要数月或数年才能显著移动一颗小行星，因此只有当人类得到小行星即将撞向地球的早期预警时，才能部署该方法。

“尺寸非常重要。”

如果准备时间不多，会议提出的动能撞击器解决方案可能会更好。这种方法会将航天器撞向小行星以改变其航向。由于这些航天器相对简单，因此建造起来比离子束航天器更快、更容易。

然而，动能撞击器方法的一个缺点是它只能将小行星朝一个方向移动。该方法通过减慢小行星的速度来工作；科学家将航天器放置在小行星的路径上，当它撞上航天器时，小行星的速度就会减慢。由于轨道力学，减速会使小行星的轨道变小，从而改变它与地球相交的位置。

在会议的设想中，动能撞击器只能将小行星向西移动，而离子束偏转可以将小行星向任何方向移动。如果我们能做的最好的事情就是将其移动到伤害较少的人的地区，那么这可能会很有用。

美国宇航局的小行星重定向任务将探索第三种移动小行星的策略：航天器将前往小行星，拾起一块巨石，并利用其增加的质量作为一种重力牵引束，将小行星稍微推离轨道。这是另一种“缓慢推动”方法，但它并不像离子束偏转方法那么简单。

最后，对于非常大并且距离地球非常近的威胁地球的小行星，还有一个选择：

“在我看来，用核武器来摧毁核电站是最后的选择，”乔达斯说。“它更难以预测，但在我们的工具箱中考虑它肯定很有价值。我们在会议上认真讨论了这个问题。我们认为，对于这种情况，它可能很有效。”

最终，最佳的小行星偏转方法在很大程度上取决于具体情况。

“具体情况会有所不同，”Chodas说，“取决于警告时间、小行星的轨道以及小行星的大小。”

脚注

该场景实际上比这更详细。点击此处查看完整描述。