流行的 Netflix 电影《不要抬头》是对两位天文学家试图警告一个漠不关心的世界，使其认识到迫在眉睫的小行星撞击对文明的毁灭性威胁的讽刺描绘。该片上映后，创下了 Netflix 单周观看时长最高纪录。
电影的核心问题是如何应对一颗直径 10 公里、正径直飞向我们的 10 公里直径小行星的威胁。这与大约 6500 万年前导致恐龙灭绝的小行星大小相似。如果我们只有 6 个月的预警时间，我们如何才能拯救文明？
现在，我们有了答案，这要归功于加州大学圣巴巴拉分校的 Philip Lubin 和 Alexander Cohen 的工作。他们已经研究出了世界在这种情况下如何自卫，以及在何种情况下这种防御是徒劳的。
总而言之，地球很可能能够在有 6 个月预警的情况下抵御一颗 10 公里大小的小行星，但任何更大的目标都将无可救药。
小行星防御
有几种方法可以防御小行星撞击。本博客 最近考察了将小行星推离地球的可能性。然而，这需要时间，而且肯定比 Lubin 和 Cohen 研究的 6 个月情景要长。
另一种选择是试图汽化小行星。这意味着将其从固体转变为一个可能无害的气体。这需要大量的能量，Lubin 和 Cohen 很快就证明，这需要至少是全世界核武库的 50 倍。“所以，明确地说，我们不能用核武器汽化我们的目标，”他们总结道。
另一种选择是将小行星炸成更小的碎片，让这些碎片撞击地球。虽然每个小碎片本身造成的破坏都会比最初的小行星小得多，但这种方法也注定失败。
Lubin 和 Cohen 指出，这些碎片仍将在大气层中释放与原始小行星相同的总能量。而这种能量将导致平均温度升高 300 摄氏度。研究人员表示，如果人类有某种水下庇护所，他们可能会在这种事件中幸存下来。“但对地球表面生态系统造成的损害将是真正灾难性的。”
相反，Lubin 和 Cohen 研究的是否有可能以如此大的力量炸毁小行星，以至于绝大多数碎片都被导离地球。为此，他们建议使用地球的热核武器库。例如，美国的 B61-11 和 W61 武器能够释放 340 千吨的爆炸。 （相比之下，投掷在广岛的“小男孩”炸弹产生了 15 千吨的当量。）
这个计划很复杂。首先，这些武器需要用世界上最强大的火箭发射到小行星上。这包括 NASA 能够进行月球任务的太空发射系统（Space Launch System）或 SpaceX 的星舰（Starship），这两者都即将投入使用。
然后，这些装置需要穿透小行星的表面，以发挥最大的威力。但这绝非易事。B61-11 和 W61 武器都是“穿地武器”，设计用于在进入地面后爆炸。
然而，它们的设计是在每秒几米的弹道撞击地面后起作用的。相比之下，撞击地球的小行星将以每秒数十公里的速度，甚至可能高达 100 公里/秒的速度向我们飞来。这些武器在如此剧烈的撞击后是否还能起作用，这一点远未明确。
另一个主要的不确定性来源是爆炸的效率——爆炸能量转化为小行星碎片动能的比例。
地下试验
为了对此有所了解，Lubin 和 Cohen 以 1962 年在内华达州进行的一次地下热核试验为例，即所谓的“斯托拉克·塞丹项目”（Storax Sedan Project Plowshare Test）。该试验涉及在 194 米深的竖井底部引爆一个 104 千吨的装置。
研究人员说：“爆炸移开了约 1.12 × 10¹⁰ 公斤的土壤，形成了一个直径约 390 米、深 100 米的陨石坑。”据报道，它将移开的泥土抬升成一个高 90 米的圆顶。
通过一些直接的计算，研究人员计算出进行这种抬升所需的能量，并表示这只占爆炸当量的 2.3%。这是一个微小的转化率。
研究人员指出，这可能是一个下限，因为他们没有考虑到各种其他能量转移机制，例如产生 4.75 级地震。然而，他们说，这大致说明了爆炸与小行星之间的耦合效率。
总而言之，他们说，以一种使大多数碎片远离我们的方式摧毁一颗 10 公里大小的小行星，需要大约 8000 枚这样的热核炸弹，每枚都能产生 100 千吨的当量，总计 800 兆吨。
当然，美国的核武库自 1962 年以来已经有了发展。这个总当量在其目前的能力范围内，尽管目前尚不清楚是否有足够的时间来改装必要的火箭以携带它们。
这些计算假设一颗 10 公里大小的小行星以 10 公里/秒的速度向我们飞来。在有 6 个月预警期的情况下，火箭必须在 1 个月后发射，以便在撞击前 1 个月拦截目标。这为改装或测试留的时间不多。“目前人类的能力正处于应对我们所描绘的极端威胁情景的边缘，”研究人员说。
如果有人认为我们会得到比这更长的预警时间，Lubin 和 Cohen 以 Comet NeoWise 为例。它直径为 5 公里，在 2020 年 7 月最接近地球，而它是在 4 个月前才首次被观测到的。
幸运的是，NeoWise 安全地飞过了。但如果它与地球的碰撞轨道一致，它可能以高达 100 公里/秒的相对速度接近我们，给我们留下的响应时间非常少。“2020 年发现的 NEOWISE 彗星仅有 4 个月预警的案例是一个警示故事，”Lubin 和 Cohen 说。
当然，这类撞击是罕见的。与一颗 10 公里大小的小行星相撞，可能每 1 亿年才会发生一次，上一次发生在 6500 万年前。研究人员总结说，在有 6 个月预警的情况下，“理论上，人类可以通过一套在撞击前 5 个月发射的核穿透器来保卫自己。”
这给了我们一些希望。为了呼应这部 Netflix 电影，Lubin 和 Cohen 将他们的论文命名为“别忘了抬头看”（Don’t Forget to Look Up）。如果想了解在这种情景下不同的结果，这部原电影值得一看。
参考： 别忘了抬头看：arxiv.org/abs/2201.10663
