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地球应对潜在小行星撞击的准备情况如何?

多年来,美国国家航空航天局(NASA)和其他世界航天机构一直在研究这种可能性以及近地天体的预测。他们的努力为新电影《不要抬头!》(Don't Look Up!)提供了信息参考。

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图片来源:muratart/Shutterstock

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与你可能读到的相反,地球并不会在2029年4月13日被小行星“阿波菲斯”(Apophis)摧毁。同样,一颗名为“贝努”(Bennu)的、宽三分之一英里的太空碎石堆也不会在2182年9月24日撞击我们。所有那些警告天体即将碰撞的惊悚故事都只是吓人的传说。但与此同时,这样的撞击最终不可避免地会发生——而当它发生时,可能会引发巨大的火灾风暴、海啸和物种灭绝。

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亚利桑那大学月球与行星实验室的行星防御专家艾米·迈因策(Amy Mainzer)解释说,这就是小行星悖论:在任何一年中,发生重大撞击的几率都微乎其微,但其潜在后果却极其巨大。更令人困惑的是,撞击体越小,发生的可能性就越大,预测的难度也越高。所有这些变量使得像迈因策这样的科学家在有效地评估小行星风险,并向公众传达这种风险时,面临着极大的挑战。“你不需要跑出去买小行星保险,”她说,“但你也不想完全忽视这个问题。”

最近,迈因策作为新电影《不要抬头!》的科学顾问,一直在思考这些问题。该片由亚当·麦凯(Adam McKay,《副总统》、《大空头》、《王牌播音员》)执导。这部黑色讽刺电影描绘了全球在得知一颗彗星正朝地球撞来时的混乱、困惑的反应。(彗星和小行星构成类似的威胁,但电影制作人为了增加戏剧性而选择了一颗彗星。)这部电影以令人信服的方式,尖锐地讽刺了人类在无形的危险降临之前不愿相信其存在的强烈愿望。

麦凯构思《不要抬头!》时将其作为气候变化的隐喻,但它也直接描绘了迈因策整个职业生涯致力于解决的小行星探测问题。“我想告诉人们的第一件事是,我们并不知道有任何天体正朝我们撞来。这是一部科幻电影。”她说。

充分的信息披露是空间科学工作方式的内在要求。NASA喷气推进实验室的近地天体(NEO)研究中心使用名为“哨兵II”(Sentry II)的轨道模拟软件来评估任何新发现的小行星所构成的危险。在不到一小时内,它就能计算出一个天体在未来一百年内撞击地球的确切几率——精确到千万分之一。其生成的数据库是公开的。你可以亲眼看到,在人类的一生中,没有任何大型天体有显著的可能性会砸到我们头上。

然而,这一保证带有一个重要的前提,因为目前的小行星巡天远未完成。迈因策一直致力于弥补这一不足,她是一项名为NEOWISE任务的首席研究员,该任务利用一台改装的NASA红外空间望远镜扫描天空,寻找以前未知的太空岩石。多年来,小行星猎手们一直在争取一个更现代的继任者来完成这项工作。今年六月,NASA正式批准了功能更强大的近地天体勘测者(NEO Surveyor)任务,迈因策将再次担任首席勘测员。“我们的目标发射日期是2026年3月26日。”她说。

到2030年代中期,近地天体勘测者应该能找到90%直径超过140米(460英尺)的潜在危险小行星;天文学家关注这个尺寸界限,因为这类天体足够小,可以躲过目前的巡天,但又足够大,足以造成严重的区域性破坏。对于能够造成全球性毁灭的更大小行星,覆盖率应接近100%。将所有这些新发现的小行星数据输入“哨兵II”软件,我们将在未来一个世纪内拥有一个几乎完整的、可能威胁我们星球的所有大型天体的数据库。这将是我们目前所处位置的一个巨大飞跃。

模拟撞击

今天的科学家们面临着他们自己的小行星悖论。没有一个客观的公式能说明何种程度的风险需要采取行动,也没有说明哪种行动是可取的。解开这个悖论的一个关键部分是复杂且枯燥的分析过程:如果近地天体勘测者或其他小行星巡天项目发现了一个潜在危险天体,科学家们需要处理大量数据,以准确判断该天体有多大、有多危险。而且他们需要尽快完成这项工作,以便我们有最长的时间来准备应对措施。

为了完善这一流程,NASA赞助了一系列行星防御模拟演习,在演习中,科学家们假装发现了一颗威胁地球的新小行星。去年春天由亚利桑那大学的维什努·雷迪(Vishnu Reddy)协调的2021年演习,设想了一颗类似“阿波菲斯”的小行星确实正与我们处于碰撞轨道上,然后让参与者们尝试理解正在发生的情况。模拟的最终结果是捷克共和国遭受了一次致命撞击,其惊险程度足以让相关网站和新闻稿上贴满了“演习”和“虚构”的警告标签。

人们关注的是《世界末日》(Armageddon)式派遣任务炸毁小行星的英雄壮举,“但如果你没有到位的分析工具,这一切都只是空谈,”迈因策说。“你面对的情况是只能疏散人群吗?还是你有足够的灵活性来减轻风险?”

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小行星偏转计划已定

幸运的是,世界各地的航天机构正在加紧努力,学习如何将危险的小行星移出轨道。明年,NASA的DART航天器(双小行星重定向测试)将迎头撞向一颗名为“迪莫弗斯”(Dimorphos)的500英尺(160米)宽的小行星,这是首次小行星偏转测试。大约四年后,欧洲航天局的“赫拉”(Hera)航天器将飞过,对DART对“迪莫弗斯”的影响进行近距离研究。这两个联合任务将极大地增进我们对小行星内部构造的了解,以及偏转一个危险天体需要做些什么。

即便如此,风险本身仍然是一个难以捉摸的概念,对科学家和公众来说,它的含义往往截然不同。这种脱节是《不要抬头!》一片以尖刻的细节探讨的主题。在现实世界中,公众会相信科学家们针对危险小行星采取行动的建议吗?即使计算出的风险听起来很低,而偏转任务的成本高达数十亿美元?迈因策担心科学术语造成的障碍;麦凯则指出,许多人对关于疫情和气候变化的专家分析不屑一顾,即便是在事件就在身边发生的情况下。

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另一方面,留言板和像Quora这样的在线论坛上充满了人们的疑问,他们怀疑如果科学家们发现了一个威胁地球的天体,是否会公之于众。迈因策对这种可能性苦涩地笑了。“我见过的绝大多数科学家,挑战在于让他们停止说话,”她说。“问题在于,科学家告诉我们的事情可能是我们不想听的。但我们必须听。”

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