模拟揭示了在小行星撞击地球之前将其引爆的惊人影响

今年早些时候，7月13日，一颗相当于办公楼大小的小行星从地球附近飞过，距离月球仅四分之一。在天文学术语中，这可谓是擦肩而过，险之又险。如果直接撞击，将产生相当于150万吨TNT的爆炸。相比之下，投到广岛的原子弹仅产生2万吨。

也许这次事件中最令人担忧的是，天文学家直到小行星（名为2023 NT1）经过两天后才发现它。他们之所以错过它，是因为2023 NT1是从太阳方向接近的。同样的盲点也隐藏了车里雅宾斯克小行星，它在2013年爆炸于俄罗斯上空时，造成了1600多人受伤，7000座建筑受损。车里雅宾斯克小行星的直径是2023 NT1的一半。

这些事件引发了潜在灾难性场景的可能性，以及可以采取哪些措施来预防它们。如果天文学家发现一颗小行星正朝我们飞来，而我们只有几天的预警时间，我们有哪些选择？

现在，一个由天文学家和计算机科学家组成的团队模拟了这一场景，就像2023 NT1被发现正朝我们飞来，并且撞击只剩下几天一样。“我们通过碎片化对2023 NT1小行星的假设撞击，研究了各种短预警时间的末端缓解情景，”加州大学圣巴巴拉分校的Brin Bailey及其同事表示。

碎石雨

他们表示，最好的选择是把小行星炸得粉碎，让碎片掉落到地球上，这是一种被称为“粉碎它”的方法。根据他们的模拟，由此产生的碎片雨比与原始天体碰撞造成的破坏要小得多。

该团队从对2023 NT1的有限了解开始。这颗小行星最早于7月15日被近地小行星地面预警系统（ATLAS）发现，该系统讽刺的是，正是为了在小行星撞击地球前几天或几周内探测到它们而设计的。

2023 NT1是一颗近地天体，绕太阳运行的周期为950天。其直径在26到58米之间，天文学家估计，如果它直径为34米，具有小行星的平均密度，并以16公里/秒的速度撞击地球，其撞击能量将为150万吨。

由于大多数较大的近地小行星已被编目，而较小的物体则更为常见，天文学家认为对地球最直接的威胁来自大约这个尺寸的物体。在这些情况下，一种选择是发射一个足够动能的弹丸撞击小行星，将其击碎。最大的问题是这是否有效。

因此，Bailey及其同事决定使用最先进的流体动力学建模软件来模拟碰撞。结果发现，加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室为核武库管理工作开发了模拟超高速撞击、爆炸及由此产生的碎裂的代码。

这些撞击是复杂的过程。Bailey及其同事表示，当弹丸撞击小行星时，其动能转化为热能，使弹丸和周围材料汽化，并通过小行星产生冲击波，使其断裂。然后，膨胀的蒸汽将这些碎片推开。

这至少是理论。一个重要的问题是，实际的弹丸应该有多大。这是一个充满不确定性的计算，因为小行星的结构和组成可能未知，其尺寸也是如此。

但天文学家认为，大多数小行星都是由一种星际水泥粘合在一起的岩石堆。因此，一个关键因素是这种粘合剂的强度，它可能像干土一样弱，像混凝土一样中等强度，或像钢一样高度坚固。

为了尽可能地涵盖这些不确定性，Bailey及其同事模拟了一个100公斤的穿透器撞击一个20米的小行星，然后一个500公斤的穿透器撞击一个50米的小行星。在每种情况下，他们都将小行星建模为由类似混凝土的物质粘合在一起的各种大小的巨石堆。

结果表明，这些撞击将两颗小行星都变成了碎片，其中许多碎片会掉落到地球上。当这些岩石撞击大气层时，它们会升温、变形并爆炸性地破裂，形成一次空爆。这会以明亮闪光的形式释放能量，其强度足以致盲或引起皮肤烧伤，并以强大的冲击波形式释放能量，可能损坏建筑物并打破窗户（正如车里雅宾斯克小行星的情况）。

该团队确定了这两个效应会安全的最大阈值，然后模拟了来自碎片小行星的空爆范围，以查看它们是否会超出阈值。

结果表明，通过增加弹丸的大小或速度，应该可以将小行星分解成足够小的碎片，从而对地球造成极小或无损害。

Bailey及其同事总结道：“像2023 NT1这样的威胁，可以在撞击前一天（或更短时间）进行拦截进行有效缓解，使用适度的资源和现有技术，可以实现地面损害极小或无损害。”

这为我们提供了希望，即未来有可能保卫地球免受小行星撞击。毫无疑问，像2023 NT1这样大小的天体正以大约每50年一次的速率朝我们飞来。太阳系中充满了这个尺寸的天体。

火箭竞赛

然而，前方仍然存在重大挑战。其中一个将是提高我们在撞击前观测到这个大小的近地天体能力。好消息是，目前的预警系统正在升级，并将随着时间的推移不断改进。

接下来是决策过程——谁有权力和能力决定粉碎一颗来袭的小行星，以及依据什么标准？例如，在什么阈值下，一颗小行星应该被允许未受干扰地撞击地球？这样的决定在法律上又如何界定？对于决策者来说，危险在于，如果他们干预，无论发生什么，他们都会被归咎。

然后就是发射合适弹丸的问题。Bailey及其同事表示，SpaceX猎鹰9号火箭可以向来袭小行星运送2500公斤的有效载荷。对于像2023 NT1这样大小的天体来说，这已经绰绰有余了。但如何在只有几天或几小时的通知下发射这样的任务？

所有这些都是科学家、军事组织、外交官和政策制定者在未来几个月和几年内需要详细探讨的问题。还需要有知情的公众辩论来指导他们的决定。

与此同时，我们其他人只能祈祷，下一个带有我们名字的50米小行星能够推迟到我们准备好将其粉碎的时候。

参考：小行星2023 NT1：一个警示故事：arxiv.org/abs/2310.13112