6600 萬(wàn)年前，一顆直徑大約 10 公里的小行星飛速地穿過(guò)大氣，在墨西哥尤卡坦半島海岸（ Yucatán Peninsula）留下了一道巨大的傷疤。這次撞擊引起了全球海嘯和大火，恐龍也因此遭遇滅頂之災(zāi)。

行星撞地球一直是天文學(xué)家最關(guān)心的問(wèn)題之一，也是好萊塢大片鐘愛(ài)的題材。 在“世界末日”（Armageddon）中，硬漢布魯斯威利斯（Bruce Willis ）帶領(lǐng)他的深海石油鉆井團(tuán)隊(duì)在隕石上邊挖洞邊埋炸藥包，最終還為了保衛(wèi)地球而獻(xiàn)出了生命。 就在今天，NASA 將拯救地球的電影情節(jié)搬到了現(xiàn)實(shí)生活中。

DART 任務(wù)動(dòng)畫(huà) | 視頻來(lái)源： 約翰霍普金斯應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（ APL）

當(dāng)?shù)貢r(shí)間11 月 23 日晚 10:20（北京時(shí)間 24 日晚 8:20），SpaceX 獵鷹 9 號(hào)火箭成功從加利福尼亞州范登堡太空部隊(duì)基地（Vandenberg Space Force Base）發(fā)射升空，執(zhí)行了“行星防御”演習(xí)任務(wù)。

這次演習(xí)被稱(chēng)為“雙小行星偏轉(zhuǎn)測(cè)試”（Double Asteroid Redirection Test，DART），預(yù)計(jì)耗資3.3億美元。

演習(xí)由約翰霍普金斯應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（APL)、噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）、戈達(dá)德太空飛行中心（GSFC）、約翰遜空間中心（JSC）、格倫研究中心（GRC）和蘭利研究中心（LARC）共同完成。 NASA 表示，目標(biāo)小行星 Dimorphos 對(duì)地球不構(gòu)成威脅。但它的運(yùn)行系統(tǒng)是一個(gè)近乎完美的試驗(yàn)場(chǎng)，可用來(lái)測(cè)試撞擊小行星是否能有效地改變其運(yùn)行軌道。雖然在接下來(lái)的 100 年里，沒(méi)有一顆直徑超過(guò) 140 米的小行星會(huì)撞擊地球，但截至 2021 年 10 月，只有大約 40% 的小行星被人類(lèi)發(fā)現(xiàn)。也就是說(shuō)，還有更多的未知小行星在太空中環(huán)繞，而他們是否會(huì)和地球親密接觸也是一個(gè)未知數(shù)。

DART 任務(wù)示意圖 | 圖片來(lái)源：NASA

發(fā)射升空后，DART 將部署 Roll Out Solar Array(ROSA)，為電力推進(jìn)系統(tǒng)提供所需的太陽(yáng)能。同時(shí)它還將啟動(dòng) NASA 研發(fā)的 Evolutionary Xenon Thruster – Commercial (NEXT-C) 太陽(yáng)能電力推進(jìn)系統(tǒng)，測(cè)試下一代離子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。在飛行大約 10 個(gè)月后，火箭上所搭載的機(jī)器人探測(cè)器將在 2022 年末“壯烈犧牲”，一頭撞向 Dimorphos 小行星。

在執(zhí)行地球保衛(wèi)戰(zhàn)的前 10 天，機(jī)器人探測(cè)器將發(fā)射由意大利宇航局制造的Cubesat小型衛(wèi)星，對(duì)這次演習(xí)進(jìn)行全程記錄。

在撞向目標(biāo)的前 4 小時(shí)，探測(cè)器將進(jìn)入完全自主模式， 利用名為 Draco 的機(jī)載相機(jī)和復(fù)雜的自主導(dǎo)航軟件以 6.6 公里/秒的速度朝目標(biāo)呼嘯而去。這個(gè)速度比戰(zhàn)斗機(jī)快 10 倍，所造成的撞擊力足以在 Dimorphos 上留下一個(gè)直徑 10 到 20 米的大坑。

NASA 預(yù)測(cè)，這次碰撞將讓 Dimorphos 的運(yùn)行速度改變百分之一，并讓它的軌道周期產(chǎn)生數(shù)分鐘的偏差。雖然改變只有幾分鐘，但科學(xué)家可以在地球上用先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡觀察和測(cè)量。

DART 示意圖 | 圖片來(lái)源：NASA

除了這次 DART 演習(xí)所采用的撞擊方法之外，科學(xué)家們還提出了很多其他的方法來(lái)解除小行星威脅。例如用激光把它們蒸發(fā)掉，利用航天器的引力改變它們的航線等，更狠的招兒還是用炸藥把它們炸掉。

10 月 31 日，Philip Lubin 和 Alexander Cohen向journal Advances in Space Research 提交了一篇長(zhǎng)達(dá) 131 頁(yè)的論文，被稱(chēng)為行星攻擊之 π 計(jì)劃。

π 計(jì)劃的主要構(gòu)想是將直徑 10-30 厘米，裝滿炸藥的圓柱形金屬棒設(shè)置在小行星的軌道上。當(dāng)小行星以極快的速度撞擊它們時(shí)，便會(huì)被炸成大量直徑約 10 米或更小的碎片。爆炸所產(chǎn)生的能量將被轉(zhuǎn)化為熱、聲和光。屆時(shí)，大氣層會(huì)像防彈衣一樣蒸發(fā)碎片，減少影響。Philip Lubin 預(yù)估，爆炸所產(chǎn)生的聲波沖擊波和相關(guān)的光和熱仍然會(huì)對(duì)地面造成一些損害， 但微乎其微 。最重要的是和“行星防御”計(jì)劃相比，π 計(jì)劃在應(yīng)對(duì)緊急情況時(shí)更有優(yōu)勢(shì)：“ 偏轉(zhuǎn)小行星的問(wèn)題是，它需要的響應(yīng)時(shí)間非常受限。換句話說(shuō)，你需要在小行星接近地球很久之前就把它的軌道偏移。” 相比之下，π 計(jì)劃所需的相應(yīng)時(shí)間則短的多。根據(jù)作者的計(jì)算，直徑小于 50 米的小行星可以在撞擊地球前 5 小時(shí)被成功攔截。直徑小于 100 米的小行星可以在撞擊地球前一天被攔截。直徑小于 370 米的小行星可以在撞擊地球前 10 天被攔截。而直徑 20 米以下的小行星在撞擊地球前 100 秒就可以搞定了。

將要壯烈犧牲的機(jī)器人探測(cè)器 | 圖片來(lái)源：NASA

在過(guò)去的一百多年里，地球曾受到過(guò)數(shù)次小行星的撞擊，但所幸都沒(méi)有造成重大人員傷亡。

最近的一次隕星墜落事件發(fā)生在我們的鄰國(guó)俄羅斯。2013 年 2 月 15 日，一顆直徑約19 米的小行星在俄羅斯車(chē)?yán)镅刨e斯克市（Chelyabinsk）上空以 20° 的淺角和約65000 km/h（53 倍音速）的速度突破大氣層。最終在劇烈燃燒了約 30 秒后在距離地面 20-25 公里處的高空解體爆炸。巨大的能量傳達(dá)到地面，導(dǎo)致方圓數(shù)千平方公里的7000余座建筑物受損，因此受傷的民眾多達(dá) 1500-2000 余人。

chelyabinsk event | 圖片來(lái)源：紐約時(shí)報(bào)

天文學(xué)家預(yù)測(cè)，2029 年 4 月 13 日，一顆名為 Apophis 的直徑為 370 米寬的小行星將與地球擦身而過(guò) 。2036 年、2051 年、2066 年它將再次和地球親密接觸。

雖然在 2029 年地球不會(huì)有任何危險(xiǎn)，但 Apophis 一次次的光顧還是讓很多天文學(xué)家捏一把汗。Philip Lubin 甚至將其比喻為一顆在頭頂飛嘯而過(guò)的子彈。不同的是，這顆“子彈”攜帶的撞擊能量相當(dāng)于世界上所有核武庫(kù)的總和。 更重要的是，天文學(xué)家認(rèn)為 Apophis 這類(lèi)的小行星會(huì)構(gòu)成“引力鑰匙孔”威脅（gravitational keyhole）。

這是指在近距離飛行期間，它們可能會(huì)穿越近地空間的一個(gè)特定的區(qū)域。在那里，地球引力會(huì)調(diào)整它們的軌跡，從而導(dǎo)致未來(lái)與地球的撞擊。因此不論是 DART 演習(xí)的防御方法，還是 π 計(jì)劃的攻擊方式，盡早對(duì)小行星帶來(lái)的威脅做好萬(wàn)全準(zhǔn)備總不是一件壞事。

畢竟地球是人類(lèi)和萬(wàn)物共同的家園。

參考資料： https://www.nasa.gov/planetarydefense/dart https://phys.org/news/2021-10-physicists-method-defending-earth-cosmic.html https://www.deepspace.ucsb.edu/projects/pi-terminal-planetary-defense https://www.scientificamerican.com/article/planetary-defense-is-good-but-is-planetary-offense-better/ https://www.deepspace.ucsb.edu/wp-content/uploads/2021/10/PI-Terminal-Planetary-Defense.pdf https://www.science.org/content/article/nasa-s-first-planetary-defense-mission-will-nudge-asteroid

本文來(lái)自微信公眾號(hào)“學(xué)術(shù)頭條”（ID：SciTouTiao），作者：學(xué)術(shù)頭條，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

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