太阳系小天体的学者解读
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发布时间：2022-04-25 23:13
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时间：2022-05-01 13:02
据国外媒体最近报道， 一颗直径约140米、代号为“2011AG5”的近地小天体(NEO)有可能将在2040年2月掠过地球附近，它与地球相撞的几率大约为1/625。在今年2月初于奥地利维也纳召开的联合国和平利用外层空间委员会(COPUOS)科学技术小组会议上，如何采取有效措施防止这颗近地小天体撞上地球成为了科学家们热议的话题。
美国《发现》杂志曾经评出“威胁人类生存的21世纪二十大危险”，其中近地小天体撞击地球位于首位。美国《外交*》杂志曾经列出“可能导致世界末日的五种情况”，近地小天体撞击地球也居于首位。同时在联合国认定的“世界四大突发灾难”中，近地小天体撞击地球还是位居第一。可见近地小天体对地球的潜在威胁之大。
著名学者周海中教授曾经多次应邀参加关于天体相撞方面的国际学术研讨会。日前，本*邀请周教授就近地小天体威胁着地球问题做一次科普访谈。杨建华博士根据访谈录音整理如下：
中国网：什么是近地小天体？据说它们曾与地球相撞，并给地球造成过创伤。请您谈谈关于这方面的一些情况。
周海中：近地小天体是指那些在地球轨道附近或与地球轨道相交的小天体，如近地小行星、近地彗星(俗称扫帚星)等。
据专家估测，太阳系中约有2000颗直径大于1公里的近地小天体和10万颗直径大于100米的近地小天体。这样的近地小天体无论是撞上陆地，还是击中海洋，都将是一场全球性的浩劫；人类不能忽视所存在的风险。不久前，英国著名理论物理学家霍金在接受媒体采访时就指出：由于近地小天体的威胁，人类必须移民到其他能适宜生存的行星以摆脱灭亡的命运。
地球从形成至今已有46亿年了。在这漫长的岁月里，发生过无数次近地小天体撞击地球的事件。据专家估算，近1亿年来，地球遭到近地小天体撞击造成直径大于1公里的陨石坑就有1万处之多。由于地球大气层的保护，体积和质量小的近地小天体往往在坠落地面之前就已燃烧殆尽，或者成为小陨石、流星雨等，但大的就会给地球造成灭顶之灾。
主流科学家认为，大约6500万年前的白垩纪末期，一颗直径约10公里、质量为100亿吨的小行星撞到地球表面上，也就是现在墨西哥尤卡坦半岛东北沿岸地区。据专家估算，这一撞击释放的能量相当于100万亿吨烈性炸药(TNT)爆炸，是广岛原子弹爆炸威力的50亿倍，造成当时全球气候、环境、生态的灾变，使曾经称霸世界的恐龙及大量的其他生物种类灭绝。
1908年6月30日上午7时，一颗直径约50米的彗星在俄罗斯西伯利亚通古斯卡地区上空5公里处爆炸，其破坏力相当于500颗广岛原子弹，所产生的高温、高压、冲击波夷平了方圆2000多平方公里范围内的约6000万棵树木；这颗彗星毁灭的是一片无人区，没有造成更严重的社会性破坏，这可说是不幸中之大幸。假若它晚4个多小时落下，圣彼得堡就会遭受重创。
1989年4月22日，一颗直径约10公里的“斯维夫特-塔特尔”彗星掠地而来，与地球失之交臂的时差仅为10天；由于它的个头大，当时将不少天文学家惊出了一身冷汗。这颗周期彗星每隔76年就会与地球擦肩而过，是一个十分危险的“家伙”。
2009年11月8日，一颗直径约10米、运行速度为每秒20公里的小行星在印度尼西亚苏拉西岛南部上空的大气层中爆炸，发出轰天巨响，一条巨大弯曲状烟尘横过天际，引起大批居民恐慌；这一爆炸释放出的能量有3颗广岛原子弹爆炸的威力；所幸的是，由于爆炸的高度在地面以上20公里左右，因此没有造成任何破坏。
去年11月9日，一颗直径约400米、代号为“2005YU55”的小行星以时速4.8万公里速度从地球与月球中间掠过，与地球最近距离为32.2万公里；在宇宙的尺度中，这算是非常危险的“亲近”了。它的“擦肩而过”使全世界的天文学家们紧张不已。“2005YU55”是最近35年来第一次有类似大小的小行星如此接近地球，上一次是在1976年，不过当时的天文学家们并不知道那次飞掠事件，直到事后才察觉。这颗周期小行星在未来的100年内还会有几次与地球更亲密接触的机会，其中2075年它与地球最近距离约24万公里。
顺带一提：近地小天体与地球之间距离有“警戒线”，是0.05个天文单位，即750万公里；当近地小天体越过“警戒线”，它就有可能撞向地球；如果撞向地球，它首先要穿越近地空间一个被称作“重力锁眼”的区域，然后才有可能在地球引力作用下撞击地球；撞击释放的能量大小取决于它的体积、质量、密度、结构特征、运动特点、飞行速度、撞击角度等因素。另外由于其他天体的影响以及时间的推移，近地小天体撞击地球的几率也会发生变化。
中国网：将来会不会发生近地小天体与地球相撞？
周海中：根据历史记载和科学预测，近地小天体与地球相撞的可能性和严重性是存在的；发生相撞只是时间问题，而不是会不会的问题。除非人类将来有能力、有办法避免“天地大冲撞”的发生，否则后果不堪设想。
据专家估算，直径10公里大小的近地小天体平均1亿年左右才会与地球相撞一次；直径约1公里的近地小天体撞击地球的几率是每10万年一次；直径约100米的近地小天体撞击地球的几率是每1万年一次。这样的撞击都会给地球造成灾难性的影响。即便一个足够大的近地小天体并未撞上地球，只是从我们附近越过，它也将会改变地球的轨道，使人类遭殃。
2004年6月发现的“阿波菲斯”小行星是目前已知的对地球威胁最大的近地小天体，其直径约400米；一旦它撞上地球，将释放出比广岛原子弹高10万倍的能量。据专家测算，它将于2029年8月与地球擦肩而过；由于其轨道被地球引力改变，它将于2036年8月重新“光临”地球，与地球相撞的几率为1/4.5万，在天文学上，这已经属于“非常高的几率”了。
“阿波菲斯”目前已经名列 “托里诺等级”第4级，10级意味着必然的全球毁灭性相撞；这是有史以来发现的近地小天体中危险等级最高的。如果它撞上人口稠密处，就会给人类造成重大灾难；即使撞上人烟稀少的地方，也会给当地的生态带来严重破坏。“阿波菲斯”是天文学界重点监控的对象，目前全球有100多个研究小组正在从事这颗危险小行星的研究工作，希望在它接近地球时能降低或排除相撞的可能性。此外，美国宇航局、欧洲宇航局和一些相关机构联合设立了一项5万美元的奖金，在全世界征集跟踪“阿波菲斯”以及精确探测其轨迹的最佳方法。
科学家最近使用软件列出一份在地球遭遇近地小天体撞击的情况下损失最为惨重的国家的名单，其中部分国家将面临严重的人员伤亡，而另外一些国家的基础设施则会损毁严重以致无法恢复国力；上榜的国家包括美国、英国、瑞典、日本、印度、巴西、菲律宾、加拿大、意大利、尼日利亚和印度尼西亚，而中国也被列入其中。万一发生相撞，其后果对上榜国家来说，将是十分惨烈的。列此名单的目的主要是想提醒这些国家做好应对灾难的准备。
值得庆幸的是，目前尚未发现近期对地球构成真正威胁的近地小天体，所以民众不必过于担忧。顺便指出，“2012年‘尼比努小行星’撞击地球并毁灭人类”的说法毫无科学依据，纯属谣言。
中国网：如何做好近地小天体撞击地球的防范工作？万一发现“杀手”近地小天体，应该向哪个科学组织报告有关情况？
周海中：首先，应该建立一个全球性的信息、分析和预警系统(仅观测网是不够的)，操控世界各地的地面和太空望远镜来观测和跟踪那些可能会给地球带来灾难的近地小天体，这是防止灾难发生的基础；其次，应该制定一个灾难风险的应急计划，从而做到未雨绸缪，防患于未然；再次，应该配备更先进的观测设备，培养更多的高级专门人材，同时加大科普宣传力度。最后，做好防灾减灾的准备工作，以减少灾害威胁。
任何机构或个人一旦发现“杀手”近地小天体，应该及时向国际天文*盟(IAU)报告；经核实确认后，由国际天文*盟上报联合国有关部门；然后由联合国向各成员国通报，并组织全球的科技力量来采取防御措施。
中国网：国际社会对近地小天体威胁有何反应？科学界有何行动？
周海中：从上个世纪90年代开始，国际社会尤其是科学界就十分关注近地小天体撞击地球的可能性和危险性问题。美国《科学》杂志曾经呼吁各国*领导人对这一问题给予关注。科学家们几乎每年都举行各种有关的国际学术研讨会，共商解决近地小天体威胁地球问题的办法。
1993年4月，多国科学家在意大利埃里斯召开了专门的国际会议，共同探讨近地小天体可能撞击地球的问题，并发表了《埃里斯宣言》，试图唤起人们对这一问题的高度重视。同年7月，我应邀参加了在韩国首尔举行的“突变理论与天体相撞”的国际研讨会，与会者就危险级近地小天体的运行数学模型、撞击所产生的能量、如何用方程来描述灾变过程等问题进行了交流和探讨。
近地小天体对地球的威胁已经引起不少国家的高度重视。目前美国宇航局、欧洲宇航局、俄罗斯航天署、日本宇宙航空研究开发机构等都在加强对那些可能危及地球的近地小天体进行密切监视和全程跟踪，同时寻找避免它们撞击地球的解决方案。在太空，哈勃望远镜、广角红外测量探测器等都在不间断地监视它们的活动情况。位于美国夏威夷毛利岛的PS1望远镜(拥有世界上最大的数码摄像机，每30秒就可以获取一张图片)也已开始全天候地搜寻它们的踪迹；位于智利塞罗帕肯的LSST望远镜将于2014年投入使用，届时其搜寻能力将是PS1望远镜的24倍。
据媒体报道，由欧盟出资、德国宇航中心主要负责的防御近地小天体项目“近地轨道防护盾”有望在未来3年评估测试，若资金充裕，会在2020年以前正式实施。俄罗斯行星保护中心称，若资金有基本保障，俄罗斯目前的技术条件完全能够在5年内建成行星保护系统来保护地球免遭近地小天体的袭击。美国是对外太空研究最为重视的国家，对于近地小天体会给地球带来伤害的动向更是格外敏感；根据美国国会1998年的一项决议，美国宇航局启动了名为“太空卫士”的项目，力求定位地球周边90%以上直径不小于1公里近地小天体的运行轨道，并确认哪些近地小天体可能会对地球造成威胁。中国科学院也在行动，紫金山天文台、北京天文台等单位的望远镜时刻搜寻和监测着可能闯入地球的“不速之客”，另外对于防御近地小天体撞击地球方法的概念性研究也正在进行之中。
虽然近地小天体撞击地球目前是小几率事件，但对那些有可能并具毁灭性的“入侵者”是需要高度警惕的。
中国网：如果发现对地球有潜在威胁的近地小天体，科学界有何防御方案？方案的可行性和可靠性如何？
周海中：目前，科学界有多种防御方案，并且有些方案正在准备付诸行动。具“理论可行性”的方案有：
一是用核武器去炸掉它，但麻烦的是爆炸很可能把它变成许多小“杀手”，把带有放射性的物体抛入不可预测的轨道；而对于一些松散结构的近地小天体，爆炸所起到的作用又很有限。这种方法一直毁誉参半。
二是用太空飞船撞击它，改变其轨道或把它撞碎。这种方法比较有效，但如同用核武器一样，这也可能把灾难扩大数倍。
三是用航空器给它施加压力(即用机械力)，使它加速或减速，从而改变其飞行方向。这种方法比较理想，但不易实行，并存在一定的风险。
四是用激光使它的表面物质向外发散，从而产生反向加速度使它改变飞行方向；或者用超强激光把它摧毁成对地球无害的小碎块。这种方法也比较理想，但必须要有超大功率的激光系统。
五是用油漆涂料来改变它的颜色，影响它吸收太阳光和热量，通过热能的变化来改变其轨道。这种方法见效比较慢，另外所需的大量涂料如何运去也是个问题。
六是用火箭把一面巨大的风筝形太阳帆发送到它的上面，而张开的太阳帆利用反弹太阳光子所产生的压力把它逐渐推离原来的轨道。这种方法的技术要求较高，难度较大。
七是在它的表面插入一种像火箭那样的装置，让这种装置不断地喷出物质，像喷气式飞机那样，通过反作用力来改变其飞行方向。这种方法好像有点浪漫色彩。
当然，还有其他的防御方案。不过，所有的方案现在几乎都停留在理论设想阶段；它们是否切实可行可靠，还要靠将来的实践来检验。
[受访者简介]
周海中：1983年毕业于广东外语外贸大学，现任中山大学教授、斯坦福预测研究所顾问。教学工作之余从事数学、语言学、交叉科学、前沿科学等方面的科研工作。1988年被评为首届广州十大杰出青年，同年获广东省*颁发立功证书，1990年获霍英东教育基金会第2届中国高等院校青年教师(研究类)一等奖，1992年起享受*颁发*特殊津贴。
