本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。
已经知道有一些小行星与火星有类似木星的“特洛伊”关系(小行星的轨道周期与火星轨道周期相同),但地球没有特洛伊伴侣。有一些小行星的轨道与我们的轨道相交,被称为越地小行星。你可能会担心,越地小行星或许会与地球发生有些吓人的碰撞,但其实小行星的轨道往往与黄道有交角,所以当它们穿过我们的轨道时,它们几乎总是“高于”或“低于”我们。只有其中一部分越地小行星被视为潜在威胁小行星(Potentially Hazardous Asteroids,PHAs)。
这些小行星以小于0.05 AU的距离通过地球(这个范围太近了,如果有第三个天体引起的摄动,可能最后会引发小行星和地球的碰撞),并且有着150米以上的直径(足够大,能不减速地通过大气层)。到底,我们大约记录了1100颗潜在威胁小行星,以及不到100颗有潜在危险的彗星。 通过计算得到的最接近潜在威胁小行星的是毁神星(半径为350米),它将在2029年4月13日(星期五)非常接近地球。
在它于被发现后不久,毁神星的轨道还鲜为人知(其与地球发生碰撞的概率被估算为2.7%),但随后一系列更长时间的观测表明,毁神星将安全地在离地球地面约3万千米的地方通过。毁神星将在2036年4月13日再次返回,但由于我们不知道它在2029年经过地球时与地球的距离,所以我们也不知道它的轨道在这次相遇中受到地球引力的影响有多大。
然而,毁神星与地球在2036年发生碰撞的可能性还是微乎其微。 如果有小行星不减速地穿透地球大气层,那将是非常危险的。小行星一旦撞击海洋,就可能引发海啸;一旦撞击陆地,就会撞出一个比自身大得多的坑,并摧毁周围地区。近日,在太平洋最南端的别林斯高晋海海底(the Bellingshausen Sea)发现了一个距今220万年,长130千米的陨石坑,名为埃尔塔宁陨石坑(Eltanin)。这个陨石坑显然是由直径几千米的小行星造成的。在撞击海床之前,这颗小行星的速度几乎没被海洋减缓,更不用说大气层了。
计算机模型显示,这颗小行星撞击贝林豪森海底引发的海啸会摧毁智利南部海拔300米的海岸和新西兰海拔60米的海岸。此次撞击向大气排放的水和尘埃数量之大甚至可能触发气候变化,这也导致了我们的祖先——直立人,大约在这个时期离开了非洲。另一次碰撞发生在地球和一颗10千米长的“恐龙杀手”小行星之间。碰撞发生在6500万年前,形成了直径200千米的奇克苏鲁伯陨石坑(Chicxulub crater)。这个陨石坑现在被埋在墨西哥尤卡坦半岛(the Yucatan peninsula of Mexico)的沉积物下面。这次碰撞引发了一场全球环境剧变。
人们普遍认为这是导致“大规模灭绝事件”的原因,当时地球上约有75%的物种灭绝。 幸运的是,这种规模的灾难非常罕见,但统计数据显示,小行星撞击与火山爆发、地震和极端天气事件一样,都是潜在的“末日”原因。直径1千米的小行星平均每20万年撞击一次海洋,能摧毁距撞击点3000千米的海岸。直径为200米的小行星撞击大约每1万年会发生一次,但其引发的海啸半径要小得多。为了对每一颗潜在威胁小行星所造成的危害进行分类,天文学家们使用了一个名为“都灵风险标度(the Torino Scale)”的数值系统。
这个系统是在都灵的一次会议上达成一致,并因此得名的。这个数值系统将小行星传递的能量和与地球碰撞的可能性整合在一起,对潜在威胁小行星会造成的危害进行分类,用从0~10的单一数字表示。0表示发生碰撞的可能性微乎其微,而且(或者)小行星穿透大气层的可能性低到可以忽略。10代表这是会导致全球灾难的“恐龙杀手” 小行星。大多数直径超过150米的潜在威胁小行星在被发现时,其“都灵风险标度”数值为0或1,但当充分研究过它们的轨道之后,1通常被降级为0。毁神星曾短暂拥有过“都灵风险标度”的最高纪录——4级。
4级代表“近距离接触”,值得天文学家们注意;大于1%或更大的碰撞机会,可造成区域破坏。但在,毁神星的“都灵风险标度”被降至0级。 一个被称为“太空卫士”的半正式的天文台网站承担了定位和分类所有潜在威胁小行星的任务。这一点很重要,因为对大多数的自然灾害来说,我们所能做的只是减轻影响,但是我们有可能防止潜在的小行星碰撞威胁。
为了达到这个目的,我们有必要改变潜在威胁小行星的速度或它的运动方向,这件事的完成时间越提前,所需的动作就越小。有很多种方法可以做到这一点:可以简单粗暴地给潜在威胁小行星装备火箭发动机;也可以用更微妙的策略,在潜在威胁小行星的一面涂上一层反射物质,让太阳辐射压为我们工作。用核弹炸开进入地球大气层的潜在威胁小行星并不是一个明智的选择,因为除非能保证所有的碎片都很小,无法穿透大气层,否则这样可能会造成多重影响,使问题变得更糟。