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撞地小行星

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2008年10月6日午夜,美国亚利桑那州莱蒙山顶天文台,一个白点划过了计算机屏幕。在此之前的三年半的时间里,这样的小亮点已经出现了几百个。然而这一次。就在不到20个小时的时间里,这颗被命名为2008 TC3的、直径2―5米的小行星便在苏丹上空发生了爆炸。

有越来越多的证据表明,小天体的撞击会影响地球上生物圈的演化,而这种影响甚至可以使得某个物种的轨迹戛然而止。类似的事件曾经发生过,将来还有可能会发生。于是,如何事先发现这些“杀手”小天体,进而跟踪、预报,乃至最终的防御,就成了生死攸关的问题。

2182,有颗小行星可能撞地球

2010年7月底,有一条新闻甚嚣尘上:于1999年发现的小行星1999 RQ36将于2182年撞击地球。这颗直径大约510米的小行星在2200年前和地球发生碰撞的总概率达到了大约千分之一,而单在2182年它和地球碰撞的概率就占据了总概率的一半。如果1999 RQ36真的撞上地球会怎么样?它所释放出的能量可以达到约7,500百万吨TNT炸药的当量,引发82级地震,产生一个直径6.3千米、深500米的陨击坑。以上的数据仅仅是可以估计的直接后果,间接的影响和连锁反应可能会远远超出我们的想象。

与之相比,更具戏剧性的是2004年发现的,直径270米的毁神星。最初天文学家得出的结论是,它于2029年和地球相撞的概率达到了1/233,一举成为了当时最危险(没有“之一”)的小行星。不过在进一步的观测之后,它在2029年的撞击风险已经降到了零。2036年以及2068年和地球发生碰撞的概率也已经小到了1/250,000和1/300,000,000。

小行星带的分布

主小行星带是一个宽泛的概念,特指位于火星和木星之间的小行星。由于其中的小行星众多且位置还会发生变化,因此一般不详细说明距离和位置。只说在火星和木星之间。主小行星带并不会直接对地球构成威胁,但其中的小行星轨道有可能会发生变化,最后撞上地球。图中的“希腊”和“特洛伊”是两个位于木星轨道上的小行星群:希腊型小行星和特洛伊型小行星,并不属于主小行星带。

可“有效推演”的宇宙被“蝴蝶效应”扰乱

牛顿是第一个认识到了天体运动的物理本质的人。他的万有引力定律非常漂亮地书写下了太阳系中的秩序。18世纪法国的天文学家、数学家拉普拉斯建立了一套理论,可以有效地用来推演太阳系。他给出的结果和2,000年前巴比伦人的观测结果惊人的吻合,并由此催生出了拉普拉斯决定论――如果你知道了宇宙中所有的粒子现在的位置和速度,那么,你就能精确地知道它们的整个未来。

然而,到19世纪,太阳系这部精密的机器开始发现了裂缝。法国数学家庞加莱第一个暗示了混沌理论以及现在广为人知的“蝴蝶效应”――系统中一个微小的扰动会产生压倒性的效果(一只巴西的蝴蝶在风中煽动翅膀就有可能会在几个月之后改变全球的天气)。他证明,太阳系的确定轨道无法外推至无穷远,其中任何天体的命运都必须用概率来表达。

对于太阳系中所有天体的运动而言,有两个因素至关重要。第一是它们的位置相速度,第二是主宰它们运动的自然规律。两者的共同作用决定了它们的运动轨迹。对于太阳系中的行星而言,即使现在它们的位置能被确定到误差小于一个原予的直径,但仍然无法准确地预报几千万年之后它们的位置。天文学没有办法确切知道公元1亿年1月1日元旦这一天是出现在冬季还是夏季(由地球和太阳的相对位置决定)以及地球是否还在绕太阳转动(地球的轨道是否已经瓦解)。

行星身上的“蝴蝶效应”会潜伏数千万年的时间才发作,然而在小行星身上其“恶化”的速度则快得多,要不了几百年就会显现出“症状”。其主要原因是目前还无法像行星那样非常精确地测定小行星的位置和速度,而且除了万有引力之外,非引力作用也会对它们的运动产生显著的影响,进而使得它们和地球之间的潜在碰撞变得更加扑朔迷离。

在此背景下,来自意大利、美国和西班牙三国四个研究机构的6位天文学家以小行星1999 RQ36为对象,就它和地球的碰撞风险进行了评估。之所以选择1999 R036的原因是,在目前所有已知的小行星中它到太阳的平均距离(又称“轨道半长径”)是最“精确”的,其不确定性只有5米。这样做的目的是为了尽可能提高最后结果的可信度,因为对于小行星而言,非引力效应虽然很小,但它们却是碰撞评估中最令人头痛的因素。

怎样“猜”1999 RQ36擅地球的概率

小行星自身会旋转,在阳光的照射下它的表面温度就会有所不同,于是热辐射的量也就会存在差异。这一现象被称为雅尔可夫斯基效应,它会对小行星的运动产生长期的影响,改变小行星的轨道半长径。这个效应的强弱和小行星的密度、大小、形状、表面物质的导热性能以及自转的快慢和自转轴的方向有关。然而,目前的探测手段还无法精确地测定小行星的这些物理特性,基本只能靠(有根据地)“猜”。

从评估风险的角度来说,1999 R036和地球在未来200年中的撞击概率直接取决于它眼下的位置、速度和雅尔可夫斯基效应的大小。但是所有这些因素测量的结果和真实数值之间都存在偏差,由此一来“混沌”的“蝴蝶”就可以在其中扇动翅膀。

为了得到撞击的概率,这个天文学家小组在1999 RQ36轨道和物理参数的不确定性允许的范围内挑选出了500,000万组可能的初始条件,把它们输入程序,让它在计算机中的虚拟太阳系中运动演化到2200年。结果他们发现,其中有461组模拟出现了1999 RQ36和地球相撞的情况,由此得到总的撞击概率大约为0.001。而在这461起的撞击中,单发生在2182年的就有272起,超过了总碰撞事件数目的S0%。在这272起碰撞中又有268个案例集中在一个非常小的范围之内。

防患于未撞!

如果1999 RQ36真要撞击地球的话,该如何应对呢?一般首先会想到的是,用核弹把它炸了。但其实,这个疗法的后遗症极为严重。因为爆炸产生的大量碎块还是会冲着地球飞来,说不定其中还会夹杂着较大的残块。

如果炸不行,还可以撞。通过为来犯的小行星注入额外的动能,来改变它的轨道。根据计算,能以每小时16千米的速度撞击小行星,就能使得它的轨道偏离273,500千米。但条件是必须要在小行星撞地球20年前完成这一“太空打击”。

还有和风细雨的办法,其中之一就是给小行星刷上一层漆。漆可以改变小行星的表面对阳光的吸收以及再辐射模式,利用雅尔可夫斯基效应来改变小行星的轨道。技术上的难度和耗时的漫长使得这个办法实际操作起来远远没有看上去的那么诱人。于是便有人提出,派出太空飞船给小行星安一面太阳帆,利用阳光的推力来使得小行星的轨道发生偏转。可这也绝非易事。   与传说中的阿基米德用反射镜火烧战船一样,有科学家提出用反射镜聚焦阳光来火烧小行星。通过灼烧小行星表面的某―部分来蒸发那里的物质,进而形成―个反向的推力改变它的轨道。不过,许多科学家还是认为,最直接的办法是给小行星安装一个火箭引擎,可根据要求点火喷射。

如果上面这些方法都不行,那只有直面撞击了。分散家庭成员、远离城市(避免治安恶化)和海边(撞击会产生海啸)、储存足够的食物和水、尽量北上(小行星撞击热带以及低维度地区的概率更大)也许是较为合理的选择。除此之外剩下来的就交给大自然吧。一些重要的

被严密监测的小行星

小行星的临时编号包含了年份和两个大写英文字母,如有必要还会添加一个下标。这些数字和字母代表了这次观测所处的半月,以及这颗小行星在这个半月所发现的所有小行星中的序号。例如,编号为2007 BAl的小行星,字母“B”代表了它是在2007年1月16-31日这个半月中被观测到的。字母“A”通常表示它是这个半月中首个被观测到的小行星,不过下标“1”则说明它是第26个。在这里,由于字母“I”被排除在外,因此其他的英文字母只能用来表示25颗小行星。此时,使用额外的下标就可以冲破这一限制。美国喷气推进实验室有一个小组会小行星和地球撞击的概率,这些小行星分布非常广。