如何偏转杀手小行星

俗话说，“要打败敌人，你必须像敌人一样思考。” 如果真是这样，那么当敌人是一块巨大的太空岩石时，你最想要身边的人就是 Rusty Schweickart。

作为非营利组织 B612 基金会的联合创始人，他是寻找和阻止威胁性太空岩石的领导者。作为阿波罗 9 号的登月舱驾驶员，他曾以每秒 5 英里的速度在太空中航行。“我去过那里。我当过一个‘人类小行星’，”他笑着说。

尽管上个月专栏中讨论了种种障碍，但天文学家们正在迅速开发更好的工具来发现和跟踪近地小行星。不可避免的是，总有一天他们会发现一颗与地球相撞的物体。那个来袭的物体几乎肯定不会是好莱坞史诗中的世界末日型毁灭者；它很可能像特朗普泰姬陵那样大，足以夷平一座城市或一个社区。

“任何小行星撞击实际上都会在地球上产生一条风险线，”Schweickart 说。“而且你直到撞击前不久都不知道它会沿着这条线上的哪个点撞击。”

这条风险线将类似于海湾沿岸居民每年夏天都要警惕的飓风风暴路径预测，但有一个关键区别。没有人知道如何阻止飓风，但很多人对如何偏转小行星有详细的设想。

所以，这种情况有两种可能的结局。来袭的太空岩石会越来越接近地球，其风险线会越来越窄、越来越短，直到最终变成一个确定的毁灭点。或者，一次有针对性的太空任务可以调整小行星的轨道，改变预期的撞击地点，直到它滑出地球的边缘。

Schweickart 强烈支持开发偏转技术。NASA 也倾向于这样做。与其他已经获得资助的太空飞行项目相比，其成本甚至不高。但目前，国会议员们似乎坚决反对这个想法。这让人不禁想知道他们站在哪一边。

但丁的小行星

在这种背景下，NASA 最令人兴奋的小行星偏转实验之一，无论从外观还是听起来都不像一个偏转实验，这是有道理的。这项耗资 8 亿美元的任务名为 OSIRIS-REx，意为“起源、光谱解释、资源识别、探测、风化层探测器”（有人为此绞尽脑汁）。它应该在 2016 年发射，前往一颗名为 Bennu、直径 520 米的小行星，采集 Bennu 表面的样本，并于 2023 年将样本带回地球。

也许是考虑到国会的态度，OSIRIS-REx 的首席研究员、亚利桑那大学的 Dante Lauretta 提醒我，“这是一项科学任务。” 这些纯粹的科学方面肯定会非常壮观。Bennu 是一颗富含碳质的碳酸盐小行星，含有天然有机化合物，这使其与生命的起源有着有趣的联系。

“富含碳的小行星可能在早期地球上播下了 DNA、蛋白质和其他关键生物分子的基本分子，”Lauretta 说。直接研究这样一颗小行星的碎片，将揭示大量关于 45 亿年前地球（以及火星和其他行星）形成后不久，是什么样的前生物物质曾降落在地球上。

但正如 Lauretta 指出的那样，Bennu 还有另一个不那么良性的身份。“这颗小行星在 22 世纪末，也就是大约 160 年后，有大约 1/2400 的几率撞击地球。它是最具潜在危险性的小行星之一。”

OSIRIS-REx 的一些其他科学目标，对于阻止地球威胁性物体也很有用。“我们正在建造一艘将从地球发射、与小行星会合并详细表征其所有基本性质的航天器。然后我们将在一系列精确机动中下降到表面。任何需要与小行星会合的偏转任务都需要这些技术，”Lauretta 说。

OSIRIS-REx 还将研究另外两个可能对未来偏转工作至关重要的特性。首先，航天器将通过测量 Bennu 的精确形状、表面地质和重力场来收集有关其内部结构的数据。这些读数将揭示小行星是单个完整物体、不同物体的大杂烩，还是几乎仅由其微弱重力维系的岩石堆——在试图将来袭小行星推开之前，必须了解这些信息。

其次，在绕 Bennu 飞行时，OSIRIS-REx 将测量 Yarkovsky 效应的强度——热量对小行星运动的影响。阳光加热了天体的表面，然后在其冷却时辐射出的热辐射给小行星带来了一个微小但持续的推力。根据小行星的自转方式，这个推力可以使其轨道离太阳更远或更近。尽管听起来不可思议，但热辐射是预测未来可能撞击地球的小行星时最大的不确定性来源。

但是，虽然 Yarkovsky 效应是一个危险的不确定性来源，它也可能成为救赎的工具。如果科学家们能够精确地掌握热效应如何发生，他们可以通过将表面的某些部分涂成黑色（吸收热量）或白色（反射热量）来将威胁性小行星引导到安全的轨道上。

OSIRIS-REx 将收集数据来评估这种方案的可行性。对于那些喜欢更强硬方法的人来说，NASA 喷气推进实验室的行星科学家 Steven Chesley 提出了一个名为 ISIS 的姊妹任务。该任务将撞击 Bennu，而 OSIRIS-REx 将进行观察，以更好地了解用撞击器移动小行星的可行性。“但在目前的预算环境下，进行这样的实验很不确定，”Lauretta 说。

抓取、打包和拖拽

OSIRIS-REx 是一项已获批准的、以科学为重点的项目，其知名度相对较低。NASA 的另一项主要小行星偏转计划几乎在各个方面都与之相反：目前被称为“小行星重定向任务”的、引人注目的、有争议的、以探索为导向的提案。但其介绍也巧妙地回避了普遍存在的政治上对任何旨在拯救世界的行为的厌恶。

NASA 副局长 Lori Garver 是该任务的热情倡导者，她引用了奥巴马总统提出的将人类送往小行星进行探索的既定目标——尽管从某种意义上说，这与该概念是相反的。小行星重定向任务不是将宇航员送入深空，而是将一艘机器人航天器送往一颗小行星，将其固定（可能通过抓取并将其塞进一个巨大的高科技袋子里），然后使用一种高效的火箭发动机技术——太阳能电力推进——将其拖回月球轨道。然后，航天器会将小行星停放在月球附近一个稳定且易于访问的位置，宇航员可以在那里进行亲身的地质实验。

“主要目标是载人探索。它为航天发射系统 [NASA 即将推出的火箭系列] 提供了一个目的地。但从科学上讲，它推进了我们拥有大型小行星样本的能力，”Garver 说。NASA 已申请 2014 财年 1.05 亿美元的启动资金。

小行星重定向任务需要找到一颗合适的小行星，这本身就不是一件容易的事。理想的候选者需要处于一个已经与地球轨道相似的轨道上，这样它就可以很容易地被推向我们这边。它不能太大，直径不能超过约 10 米。而且它不能旋转得太快，否则将很难抓住。要满足这些条件，就需要对近地小行星进行更详细的勘测，并仔细审查它们的性质。然后，回收过程还将需要跟踪、稳定并将选中的小行星移入新轨道。

这些因素使得小行星重定向任务听起来就像一个搜索和偏转计划。我追问 Garver。她坚持说：“这是一个附带的好处。但哇——我们将学会如何操纵小行星，为未来做好准备。”

谁来阻止这些岩石？

无论如何介绍，小行星重定向任务在美国众议院都受到了冷淡的对待，科学、空间和技术委员会通过了一项授权法案，将停止该项目的工作。资金似乎不是主要反对意见。重定向任务的总成本在 10 亿到 25 亿美元之间——虽然很多，但比 OSIRIS-REx 的成本并没有高出多少。它也少于 NASA 每年在载人航天上的支出。

Garver 说，她还没有充分展示如何将小行星的回收与 NASA 整体任务的其他方面相结合。这是一种委婉的说法，意思是国会不喜欢来自国会山以外的单方面提议。但她对小行星重定向任务在 NASA 内部和公众中的热情回应感到鼓舞。

她说：“我们回顾阿波罗时代，那是我们辉煌的时期。通过这项任务，NASA 有机会再次与公众文化保持一致。”

Schweickart 提出了一个类似的主题，他将偏转工作陷入僵局归咎于美国的两年、四年、六年和八年的选举周期。“当处理时间跨度为几十年或几百年的问题时，政府结构似乎并不太适合它们，”他说。另一方面，像去年二月发生的车里雅宾斯克陨石那样的令人震惊的事件，可以帮助公众认识到投资少量技术保险的智慧。

或者正如 Schweickart 所说，用他内在的小行星的口吻：“如果你能阻止一个 100 米的物体摧毁湾区，而你却不这样做，那么你就该被绞死。”

[本文最初以“如何躲避宇宙子弹”为题刊登。]