如何阻止一颗杀手级小行星

没有什么比世界末日更能吸引电影院观众了，这或许就是为什么好莱坞不断炮制末日场景。然而，大多数大银幕上的灾难场景与 6600 万年前地球上发生的真实浩劫相比，都相形见绌。那时，一颗直径 6 英里的（约 10 公里）小行星撞击了我们的星球。它在尤卡坦半岛留下了一个直径约 120 英里（约 193 公里）的陨石坑，并引发了全球性的环境灾难。许多科学家认为，正是这次事件导致了恐龙的灭绝以及约 80% 的动物物种的消失。如此规模的事件虽然罕见，但天文学家们向我们保证，类似的事情还会再次发生。

大自然在 2013 年 2 月 15 日给了我们一个小小的警示。首先，一颗直径 56 英尺（约 17 米）的岩石在西伯利亚城市车里雅宾斯克上空毫无预警地爆炸，释放出超过 30 颗广岛原子弹能量的能量。当天晚些时候，一颗完全无关的、直径 150 英尺（约 46 米）的小行星 2012 DA14 近距离飞过，距离地球仅约 17,000 英里（约 27,359 公里）—— 比许多电视和气象卫星的轨道还要近 5,000 英里（约 8,047 公里）。

天文学家们认为，还有数百万颗更大、尚未发现且可能致命的小行星潜伏在那里，随时可能让我们措手不及。在车里雅宾斯克和 2012 DA14 飞掠后一个月，美国国家航空航天局（NASA）局长查尔斯·博尔登在国会作证时表示，如果我们能提前几周得知小行星撞击的消息，他唯一能给出的建议就是：“祈祷”。

73 岁的物理学家约翰·雷莫（John Remo）居住在新墨西哥州，他对这一说法感到不安。对这位曾任哈佛-史密森天体物理学中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）的科学家来说，博尔登的言论令人痛心地提醒我们，无论是作为一个国家还是作为一个国际社会，我们几乎没有为人类抵御奔向地球的小行星做好准备，尽管我们有能力做到这一点。我们拥有火箭和技术知识，但尚未将它们整合起来——也没有付出行动的决心。

在过去的二十年里，雷莫一直致力于纠正这一疏忽。特别是，他专注于“最后的手段”这一选择，在极端情况下，这可能是我们第一个也是唯一的选择：在太空中引爆核弹，将潜在的危险小行星推离航道，使其进入一个无害的轨道。他最新的研究量化了在紧急情况下，当没有任何其他技术能够拯救我们时，核装置能够提供的推力。

换句话说，那些摧毁了广岛和长崎、将世界推向毁灭边缘的装置，在面对小行星引发的末日时，可能正是我们唯一的救赎手段。雷莫认为，这归结于意识和决心的问题。“我们人类能否像恐龙那样——集结我们的专业知识和技术资源来保卫我们的星球？”

瞄准偏离的岩石

雷莫于 1979 年获得了量子光学博士学位，他开发了能够使激光器更强大、更稳定、更高效的数学方法。他的研究生学习比寻常要漫长，因为他曾在多所大学任教，进行过广泛的天体物理学研究，尤其关注小行星和陨石碎片的成分如何影响它们的尺寸。他对这一研究领域非常着迷，尽管这拖慢了他的论文进度。当时，雷莫并没有考虑近地天体（Near-Earth Objects），即那些轨道可能有一天会与地球相交的太阳系天体。他更感兴趣的是太阳系的起源，将遇到的每一块外星岩石都视为“穷人的太空探测器”。

从纽约理工学院（Polytechnic Institute of New York）毕业后，他决定成立自己的公司，以保持独立性并进行最创新的工作。他的公司 Quantametrics 开发了高功率太空激光技术，为“星球大战”导弹防御计划和美国宇航局等客户服务，后者在某些天文观测中依赖激光。雷莫拥有约 20 项专利，业余时间继续进行陨石研究，这两方面的研究使他得以与各种国家实验室的科学家们进行接触。

凭借其专业知识的结合，他于 1992 年在洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Lab）的一次小行星防御会议上发表了讲话。这是第一次专门探讨如何拦截威胁地球的近地天体的主要会议，汇集了天文学家和武器实验室的研究人员。

西南研究所（Southwest Research Institute）的天文学家克拉克·查普曼（Clark Chapman）指出，参加会议的民间科学家们“曾预料到这会很不寻常，我们并未失望。”他表示，会议上有人谈论“反物质武器等边缘课题，以及其他离奇的提议。”氢弹之父爱德华·泰勒（Edward Teller）则提议开发一种比以往任何设备强大一万倍的核装置。

然而，洛斯阿拉莫斯会议上讨论的大部分想法都集中在偏转上，即给小行星一个推力，使其脱离危险轨道。最直接的方法是“动能”方法——将航天器撞击小行星。但在会议期间，雷莫和其他有经验的与会者一样，都被一个认识所打动：在偏转方面，没有什么能比得上核武器的能量密度。

同等重量下，核爆炸物——其能量来源于其放射性燃料的失控链式反应——的能量密度约为化学爆炸物的百万倍。如果你需要移动一块大石头（超过 3,300 英尺，约 1000 米），或者你急于移动一块小石头（约 330 英尺，约 100 米），核弹可能是你最好的选择。这些装置可以在离开地球大气层后引爆，干预可以在远离地球的地方进行，以确保任何放射性尘埃或爆炸风险都远远超出生物圈——目标是以不伤害地球的方式拯救世界。

当然，核装置的能量密度并不是全部。雷莫在会议期间也意识到，如果我们不清楚小行星的材质特性，我们就无法预测它对核爆炸的反应。与直觉可能暗示的相反，一块松散的碳质小行星实际上比一块坚固的铁质天体更容易被推开。当时最大的未知数是核辐射会给小行星带来多大的动量——爆炸会提供多大的推力。“这个问题只能通过实验来解决，而不能通过理论，”雷莫说。

他决心要弄清楚这一点，多年来，雷莫一直用他的激光工作的收益来私人资助他的小行星研究。（他最终获得了美国国家核安全局（National Nuclear Security Administration）和其他联邦机构的资助。）“约翰的实验首次使用了真正的外星物体——各种陨石材料的集合，”曾在洛斯阿拉莫斯工作过的物理学家巴里·谢弗（Barry Shafer）说。而雷莫才刚刚开始。

制造核推力

这是雷莫为一次假设的小行星遭遇设想的基本场景：在撞击迫在眉睫时，我们将发射一枚火箭进入太空。当足够接近目标时，火箭将在小行星附近——但不是在其中或上面——引爆一颗核弹（或几颗）。爆炸会汽化该天体表面的一薄层。产生的热气体会立即膨胀并从表面逸出，提供一个集中的推力，将小行星推离地球。

在花费了大约 10 年时间收集陨石样本后，雷莫终于在 2000 年获得了探索核选项的完美装置：桑迪亚国家实验室的 Z 机，它是除核武器本身外，世界上最强大的核爆炸模拟器。

Z 机是一台粒子加速器，于 1996 年改建为目前的形态，它是研究核爆炸物理学和效应的平台。它可以在一瞬间复制核爆炸伴随的高温和强烈的辐射（主要是 X 射线的形式）。该机器为雷莫提供了最佳希望，以弄清楚核爆炸产生的 X 射线如何与不同成分的小行星相互作用，并可能阻止它们。

“几十年来，人们一直在研究核武器的影响，但雷莫提供了一个新颖的视角，”桑迪亚退休的物理学家 R. 杰弗里·劳伦斯（R. Jeffery Lawrence）说：“他发起了关于 X 射线如何与小行星构成物质相互作用的研究。”

为了在实验室模拟核“推力”，雷莫和他的长期合作者、桑迪亚物理学家迈克尔·弗尼什（Michael Furnish）将小型的圆盘状陨石样本放置在距离 Z 机 X 射线源约 10 厘米处。当 X 射线短暂地轰击这些圆盘时，它们表面的少量物质被蒸发，产生了将圆盘推开的冲量。雷莫和弗尼什使用桑迪亚发明的一个系统计算了每个圆盘在 X 射线轰击下的速度，并成为第一个用辐射有效移动小行星（尽管是微小的）的人。

雷莫和弗尼什不时地继续他们的测试，只要 Z 机可用。2005 年，作为一名长期居住在纽约的人，雷莫从长岛搬到了新墨西哥州普拉西塔斯的高原沙漠，以便更方便地进行这项研究。“你不能通过电话做实验，”他说。总共，他们测试了约十二种不同陨石材料的样本——有些是石质的，有些是铁质的，有些是坚硬的，有些是粉末状的——并通过将目标物移近或远离 X 射线源来研究材料对不同水平辐射的反应。

到 2010 年，雷莫认为他们已经汇编了关于辐射如何影响陨石物质的“完整工作成果”。他们聘请劳伦斯协助整理结果并进行计算机建模。他们的联合研究成果发表在 2013 年的《等离子体物理学杂志》（Journal of Plasma Physics）上。

“实验首先表明，我们可以产生足够水平的 X 射线，足以对物体产生相当于锤击的力度，”劳伦斯说。更具体地说，他们发现，由爆炸引起的运动对于特定类别的材料（如石质与金属陨石）是恒定的。“如果我们通过侦察得知它是一颗石质小行星或一颗镍铁小行星，”雷莫解释说，“我们就能提前对它对 X 射线爆炸的反应有一个相当好的了解。”

哈佛行星科学家斯坦·雅各布森（Stein Jacobsen）说，在 Z 机研究之前，“这种反应‘长期以来一直是一个重大的不确定因素’。“约翰（雷莫）值得称赞，他想出了一个在实验室里掌握这个问题的办法。他主动提出并说服桑迪亚让他进行这些实验。”

实验室之外

从直径不到一厘米的陨石样本跳跃到直径高达一公里或更长的小行星，这是一个相当大的飞跃。然而，雷莫认为在科学上这是合理的，因为辐射与材料的原子性质相互作用，而这些性质对于大小不同的物体来说是相同的。他们微小的实验样本仍然足够厚，能够吸收所有辐射。

“X 射线不会比实验室靶材渗透到小行星更深，”他说，“只是在表面之下。”

最终，雷莫希望看到这些想法和技术得到测试。但在太空进行试验之前，研究人员首先需要系统地在纸面上解决所有问题，例如确定炸弹应该在距离给定小行星多远的地方引爆。他的粗略计算表明，理想情况下，人们希望在距离小行星大约两倍直径的地方引爆装置。

此外，雷莫希望对执行此选项所需的所有组件进行全面审查：发射载具、制导系统、传感器和容纳核爆炸物的弹体。他参与撰写的一篇 2007 年的论文建议使用六枚核导弹，以大约一小时的间隔单独发射。这些炸弹将以六次独立的爆炸形式引爆，每次的当量高达 1.2 兆吨（相当于约 100 颗广岛级炸弹）。

雷莫说，通过一系列独立的脉冲，你可以监测效果，并随时进行调整。与一次巨大的爆炸相比，多次较小的爆炸也能降低碎片化小行星的可能性，而碎片化会使处理更加困难。“我们希望提供恰到好处的能量——足以使其获得一次良好的推力，但又不足以将其炸成碎片。”

我们能做到吗？

这样的行动可能需要数月才能完成，从发射到拦截，具体取决于目标物体的大小和轨道，以及我们的准备程度。只要有足够的预警时间，这是绝对可能的。

雷莫甚至不认为进行实际太空测试的技术挑战有多么艰巨。进入核能时代七十多年来，雷莫说，“这项技术已经很先进，并且经过了充分的测试。我们知道这些装置是如何工作的。而且我们也不需要火箭技术有什么重大突破。”理想情况下，他希望在太空中测试这项防御能力，使用未携带弹头的导弹来证明，当情况出现时，我们确实能够按需引爆。

然而，出于政治原因，涉及实际核弹头的测试将非常棘手，因为多项国际协议禁止将核武器带入太空，更不用说在那里引爆它们了。但这些规定并非一成不变，在生死攸关的情况下，地球的命运悬而未决时，它们可以被推翻。

“如果一个近地天体正在接近地球，我们正处于巨大的危险之中，那么联合国安理会就可以就如何做做出自己的决定，”联合国和平利用外层空间委员会（United Nations Office for Outer Space Affairs）的高级官员汉斯·豪博尔德（Hans Haubold）说，他曾与雷莫合著过多篇论文。“世界大国可以开会，决定哪种技术对于处理特定威胁是合理的。”

雷莫坚信，“在万不得已，我们的生存受到威胁时，人们会利用一切可用的手段来保护地球——如果真的到了那个地步。但他们仍然需要经过决策过程，而我正试图帮助他们做出明智的决定。”

如果有一天我们面临被一颗巨大的、失控的岩石即将来袭的局面，雷莫希望我们能提供比神力干预更多的东西，因为这在 2013 年是查尔斯·博尔登唯一能给国会的建议。“我不是反宗教的，”雷莫说，“我不是反对祈祷。但如果你要祈祷，也许你应该祈祷火箭能正常工作。”