DART任務(wù)主要用于測試對地球造成潛在威脅的小行星改變飛行方向的一項(xiàng)技術(shù)。

11月24日，美國宇航局“雙小行星變向試驗(yàn)”（DART）任務(wù)的小行星撞擊探測器在范登堡天軍基地發(fā)射成功，人類將首次測試小行星防御技術(shù)，意義重大。

2013年2月15日，一顆小行星在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克地區(qū)上空爆炸，爆炸的沖擊波造成大面積建筑物受損，近1500人受傷，經(jīng)濟(jì)損失約10億盧布。這次爆炸震驚世人，也提醒世人：在宇宙中，地球并不安全，研究小行星防御不是杞人憂天。

美國初試小行星防御技術(shù)

DART由美國宇航局和約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室研制，重616千克，整個(gè)計(jì)劃耗資約3.25億美元。DART此行的目的地是由“雙胞胎”（Didymos）主星和“雙形態(tài)”（Dimorphos）子星構(gòu)成的一個(gè)雙小行星系統(tǒng)，主星直徑約800米的主體行星，子星直徑僅150米的較小行星，目前從地球到“雙胞胎”小行星系統(tǒng)的距離為4.836億千米，但當(dāng)?shù)厍蚺c“雙胞胎”小行星各自沿著圍繞太陽的軌道運(yùn)行時(shí)，距離會(huì)在1000萬到4.93億千米之間變化。DART計(jì)劃在明年9月抵達(dá)目的地。

此次發(fā)射由美國SpaceX公司的“獵鷹“9火箭發(fā)射。

DART任務(wù)主要用于測試對地球造成潛在威脅的小行星改變飛行方向的一項(xiàng)技術(shù)，該任務(wù)是美國宇航局行星防御計(jì)劃下的首次專項(xiàng)任務(wù)。按計(jì)劃，DART明年9月將以超過2.4萬千米的時(shí)速撞向“雙形態(tài)”子星。撞擊將會(huì)讓它的軌道周期發(fā)生改變，改變幅度估計(jì)為10分鐘。地面望遠(yuǎn)鏡將對這種改變進(jìn)行測量，以確定“動(dòng)能撞擊器”偏轉(zhuǎn)技術(shù)的有效性。

DART還攜帶了由意大利建造的一顆立方星，稱為“麗西亞立方星”，這顆立方星由阿爾戈科技公司（Argotech）制造，重14千克，該立方星會(huì)在撞擊前約1個(gè)月部署出去，利用兩臺(tái)光電成像儀觀測“雙形態(tài)”子星撞擊前、撞擊中和撞擊后的情況，并把圖像發(fā)回地球。歐空局還計(jì)劃開展稱為“赫拉”（Hera）的一項(xiàng)后續(xù)任務(wù)?！昂绽睂⒃?024年10月發(fā)射，2026年底抵達(dá)“雙胞胎”小行星，進(jìn)一步對撞擊地點(diǎn)進(jìn)行研究。

撞擊“雙形態(tài)”子星并不是因?yàn)槠鋵Φ厍驑?gòu)成了威脅，只是為了研究靠撞擊來改變小行星飛行路線的有效性。美國宇航局官員強(qiáng)調(diào)說，截至目前還沒有發(fā)現(xiàn)有哪顆小行星會(huì)在100年內(nèi)對地球構(gòu)成撞擊威脅。

小行星在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克地區(qū)上空爆炸事件震驚世人。 

危險(xiǎn)的“天外來客”

雖然美國宇航局官員說目前還沒有發(fā)現(xiàn)100年內(nèi)會(huì)撞擊地球的小行星，但并不代表以后會(huì)不會(huì)發(fā)現(xiàn)，所以為了人類的命運(yùn)，未雨綢繆還是需要的。

地外天體威脅是一個(gè)很古老的話題，多個(gè)古代文明都曾留下了天外來客“造訪人間”的記錄。如北宋著名學(xué)者沈括就曾在《夢溪筆談》中收錄了一則發(fā)生在治平元年的隕石事件，用“大聲如雷”、“幾如月”形象的描述了隕石再入大氣時(shí)的聲學(xué)和光學(xué)現(xiàn)象，最終隕石落入宜興縣一戶許氏人家的院落，“火光赫然照天。。。許氏藩籬皆為所焚”。

火箭整流罩內(nèi)的DART。

2013年2月15日，一顆小行星在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克地區(qū)上空爆炸，爆炸的沖擊波造成大面積建筑物受損，近1500人受傷，經(jīng)濟(jì)損失約10億盧布。“車?yán)镅刨e斯克小行星撞擊事件”中的這顆小行星“KEF-2013”（俄羅斯政府代號）之所以沒有被提前觀測到，主要原因是太小，而且是從太陽方向飛來，強(qiáng)光也增加了發(fā)現(xiàn)難度。

根據(jù)美國宇航局的分析，該小行星以每秒30千米的速度再入大氣，在大氣層中飛行約32秒后減速至每秒18千米，并在車?yán)镅刨e斯克地區(qū)上空約30千米高度發(fā)生猛烈爆炸。該小行星直徑約17-20米，重量估計(jì)約1萬噸。美國宇航局估計(jì)，KEF-2013釋放的能量相當(dāng)于50萬噸TNT，作為對比，二戰(zhàn)時(shí)美國向日本投擲的廣島原子彈“小男孩”的當(dāng)量才1.5萬，足見其威力之大，完全可以摧毀一座中小城市，因此，小行星撞地球的后果有時(shí)候是非常嚴(yán)重的。

需要說明的是，并不是每一顆飛向地球的小行星都會(huì)造成破壞，直徑小于100米的小行星穿越地球大氣層時(shí)大部分變成了大家喜聞樂見的流星，即使小部分碎片落在地面，也被一些人視為發(fā)財(cái)?shù)膶毼铩E石。直徑超過100米，其威脅隨著直徑的增大而增大，科學(xué)家認(rèn)為，處在中間的是寬度超過140米，但又不到1000米的小行星是最讓人擔(dān)心的一類。這些小行星比直徑1000米以上的小行星更難發(fā)現(xiàn)，但如果有一顆撞擊地球，很有可能造成區(qū)域性的災(zāi)難事件。

美國宇航局曾警告約有4700顆小行星威脅地球。根據(jù)研究，對于地球附近太空中較大的天體（即大小在140米以上的天體），天文學(xué)家只了解其中大約30%至40%，因此誰也不敢打包票100年內(nèi)沒有小行星撞擊地球，研究如何防御小行星撞擊并不是杞人憂天之舉。

短期快速防御小行星如同反導(dǎo)，因此反導(dǎo)技術(shù)也可以用于防御小行星。 

怎么防御小行星

防御小行星的前提是發(fā)現(xiàn)小行星，只有發(fā)現(xiàn)它并跟蹤觀測，獲取精確軌道之后，才能夠評估是否對地球構(gòu)成威脅。

地球面臨的小行星威脅主要有兩大來源，太陽系內(nèi)小行星和系外侵入小行星。前者主要分布于火星和木星軌道之間的小行星帶，后者游蕩于星際空間。這些小行星的共同點(diǎn)就是不發(fā)光，加之距離遙遠(yuǎn)，地面光學(xué)望遠(yuǎn)鏡白天難以直接觀測，只能晚上探測，無法觀測到晝半球方向靠近的天體。目前常用的一種方式是掩星觀測，即小行星從背景天體前通過時(shí)由于遮擋該天體光線而被探測，但這種被動(dòng)觀測方式根本不適用于對地外天體進(jìn)行預(yù)警探測和持續(xù)跟蹤。

所以，小行星防御重點(diǎn)還是應(yīng)先解決探測和預(yù)警問題，各國應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)合作，使用光學(xué)、雷達(dá)等地基探測設(shè)備，結(jié)合天基探測器，對地外天體進(jìn)行編目，尤其是直徑100米至1000米的小行星，并且提高探測的效率和時(shí)效性。

在攔截小行星方面，根據(jù)預(yù)警時(shí)間長短，主要可分為兩個(gè)階段，若預(yù)警時(shí)間比較長，幾年甚至幾十年就發(fā)現(xiàn)了威脅地球的小行星，可以發(fā)射探測器到小行星附近，具體策略也分為兩種，一是讓有威脅的小行星軌道發(fā)生偏轉(zhuǎn)，讓其不撞到地球；二是摧毀小行星，使有直接威脅的天體碎裂，充分降低或完全消除撞擊地球的危害。長期緩慢防御可采用瞬時(shí)脈沖變軌（如動(dòng)能撞擊、核爆，此次DART任務(wù)主要就是研究瞬時(shí)脈沖變軌的方法）和連續(xù)推力變軌兩種辦法（包括太空拖船、引力拖車、用強(qiáng)激光照射改變小行星表面蒸發(fā)量等）

若預(yù)警時(shí)間較短，比如只有幾天甚至幾個(gè)小時(shí)，那就涉及短期快速防御了，猶如導(dǎo)彈防御一樣，主要的辦法是發(fā)射攔截導(dǎo)彈，對小行星進(jìn)行摧毀。目前已有的殺傷手段包括核彈頭殺傷和動(dòng)能殺傷兩種。如果在宇宙空間攔截小行星，核爆能量只能通過高能射線和高速中子流釋放，對小行星的傷害極其有限。如果在大氣層內(nèi)攔截小行星，核爆產(chǎn)生的沖擊波固然可觀，但在如此近的距離引爆大當(dāng)量核彈并產(chǎn)生大量巖石碎片，其危害比較大，應(yīng)展開細(xì)致的研究。

如果換做動(dòng)能殺傷攔截方式，攔截器與小行星的巨大相對速度確實(shí)可以產(chǎn)生巨大的動(dòng)能作用于小行星。但考慮到不同小行星的材質(zhì)和大小，如果沒有平時(shí)對小行星物理參數(shù)的積累，動(dòng)能殺傷器極有可能“以卵擊石”，殘存的大塊星體仍然會(huì)給地面造成巨大損失，因此需要視情況而定。

上個(gè)月23日，第一屆全國行星防御大會(huì)在廣西桂林開幕。

中國也在行動(dòng)

上個(gè)月23日，第一屆全國行星防御大會(huì)在廣西桂林開幕，中國探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁院士也出席了這次會(huì)議。

本次會(huì)議旨在促進(jìn)我國近地小天體監(jiān)測、預(yù)警、防御領(lǐng)域的交叉融合，探討有關(guān)前沿科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展、工程實(shí)施方案、政策法律構(gòu)建及國際合作交流等，促進(jìn)同行間的合作與交流，繁榮學(xué)術(shù)，推動(dòng)我國行星防御領(lǐng)域更快發(fā)展和整體水平的提高。

據(jù)大會(huì)主辦方相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，截至2021年10月18日，已發(fā)現(xiàn)的近地小行星超過26127顆。近年來，近地小行星飛掠事件頻繁發(fā)生。僅2021年已發(fā)生1074次，觀測到21顆小行星進(jìn)入大氣層。小行星撞擊地球由于其進(jìn)入速度大、撞擊能量高，給人類造成極大威脅。

其實(shí)，在今年中國航天日上，國家航天局公開表示，我國正論證小行星防御系統(tǒng)。4月24日上午，2021中國航天日開幕啟動(dòng)儀式在江蘇南京舉行。國家航天局局長張克儉透露，中國航天未來將論證建設(shè)近地小行星防御系統(tǒng)。

國家航天局局長張克儉在致辭時(shí)表示：“站在新的歷史起點(diǎn)，中國航天將論證實(shí)施探月工程四期、行星探測工程、建設(shè)國際月球科研站和近地小行星防御系統(tǒng)，拉開新時(shí)代探索九天的新序章。”

2019年6月，“近地小天體調(diào)查、防御與開發(fā)問題”入選第二十一屆中國科協(xié)年會(huì)20個(gè)重大科學(xué)問題和工程技術(shù)難題。

在小行星監(jiān)測預(yù)警方面目前也有來自中國的貢獻(xiàn)。世界上在用的行星雷達(dá)系統(tǒng)主要是美國戈?duì)柕滤雇ê桶⒗孜鞑﹥刹啃行抢走_(dá)。中國國家航天局作為成員單位已于2018年1月正式加入國際小行星預(yù)警網(wǎng)絡(luò)。目前，中國的紫金山天文臺(tái)有一個(gè)通光口徑為1.04米的施密特光學(xué)望遠(yuǎn)鏡能夠開展近地小行星的監(jiān)測預(yù)警工作，這臺(tái)設(shè)備名叫“近地天體望遠(yuǎn)鏡”，其目前在國際小行星監(jiān)測網(wǎng)中。

目前，我國小行星探測任務(wù)已經(jīng)公布，計(jì)劃利用10年左右時(shí)間開展近地小行星2016 HO3伴飛探測和采樣返回，并對主帶彗星133P進(jìn)行繞飛探測。這個(gè)探測計(jì)劃將加深我國對小行星的認(rèn)識(shí)，相關(guān)技術(shù)和信息也可以服務(wù)于小行星防御。

今年5月，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心發(fā)布消息，該中心科學(xué)家團(tuán)隊(duì)提出了 “以石擊石”加強(qiáng)型動(dòng)能撞擊行星防御任務(wù)概念。通過發(fā)射無人飛行器捕獲小尺寸小行星或者在碎石堆小行星上采集超過100噸的巖石，與飛行器構(gòu)成組合撞擊體，操控組合體撞擊對地球有潛在威脅的小行星，將潛在威脅小行星偏轉(zhuǎn)出撞擊地球的軌道。相比經(jīng)典動(dòng)能撞擊方法，對小行星的軌道偏轉(zhuǎn)效果可提升1個(gè)數(shù)量級，為防御大尺寸潛在威脅小行星提供了核爆之外的一種新選項(xiàng)。

據(jù)介紹，以直徑約350米、重量約為6100萬噸的阿波菲斯小行星為例，其在2029年與地球的最近距離將約為3.8萬公里。仿真顯示，利用經(jīng)典動(dòng)能撞擊方法，可以讓阿波菲斯小行星偏轉(zhuǎn)距離約176公里，而“以石擊石”方案對阿波菲斯小行星的偏轉(zhuǎn)距離可以達(dá)到1866公里，相比經(jīng)典動(dòng)能撞擊方法提升了一個(gè)數(shù)量級，讓小行星更加“遠(yuǎn)離”地球。“以石擊石”加強(qiáng)型動(dòng)能撞擊行星防御任務(wù)概念突破了地面發(fā)射人造撞擊體的運(yùn)載能力和包絡(luò)限制，通過在太空中捕獲百噸級質(zhì)量的巖石，從而顯著提升撞擊體質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)小行星防御效果的數(shù)量級提升。

隨著中國宇宙探測水平和航天技術(shù)的發(fā)展，相信未來在小行星防御方面會(huì)有更多來自中國的貢獻(xiàn)。

6500萬年前，地球還處于白堊紀(jì)時(shí)期，一顆直徑約10千米的小行星撞擊墨西哥尤卡坦半島海岸，包括恐龍?jiān)趦?nèi)地球75%的生物滅絕。小行星撞地球?qū)е驴铸垳缃^，這是目前恐龍滅絕原因中認(rèn)可度最高的原因。人類若不想重蹈覆轍，還是應(yīng)攜手合作應(yīng)對小行星帶來的威脅，畢竟在浩瀚的宇宙中，地球真的是滄海一粟。