小行星为何冲着地球来？撞击之前人类到底能做什么？

2024年12月27日，位于智利的“小行星地球撞击最后警报系统”（ATLAS）望远镜首次发现近地小行星2024YR4。这颗小行星撞击地球的概率曾达到3.1%的峰值，又于近期调整为0.0000175。

撞击概率的上升和骤降，是因为天文观测者在不断改进计算结果。尽管如此，天文学家仍需密切关注这颗小行星，因为它的尺寸估计是足球场那么大，如果以每小时38000英里（超6万公里/每小时）的速度撞击地球，虽然不足以对人类文明构成毁灭级别的威胁，但如果撞击在有人区，仍可能对局部地区造成巨大破坏。

那么，小行星为什么会突然出现于人类视野，并且直奔地球而来？我们能否通过科学技术，避开小行星的撞击呢？

小行星为何会“冲着地球来”？

小行星与地球轨道的交集，是宇宙中天体力学和复杂运动规律的自然结果。地球轨道位于太阳系的内侧，而小行星带则在地球轨道之外。然而，小行星带并不是一个完全稳定的区域。

在天体力学中，轨道共振是一个关键概念。当两个天体的轨道周期存在简单的整数比时，就会发生轨道共振。

例如，木星的强大引力可能会使小行星的轨道周期与木星轨道周期形成某种共振关系，从而使得小行星轨道被拉扁为椭圆形，小行星的近日点抵达地球轨道附近，与地球存在相撞的可能。

小行星的轨道受多种因素扰动：

行星引力摄动：木星等大行星的引力会改变小行星的轨道，使其偏离原本的运行路径。

雅克夫斯基效应：小行星吸收阳光并释放热量时，会产生微小的推动力，这种效应可能导致其轨道逐渐偏移。

碰撞与分裂：小行星带中的碰撞可能导致一些小行星的轨道改变，使其进入内太阳系。

撞击会给地球带来怎样的影响？

在宇宙的时间长河中，近地小行星撞击地球曾带来严重影响。

6500万年前的K-T事件：一颗直径约10公里的小行星撞击墨西哥半岛，释放的能量相当于1亿兆吨TNT，造成了全球性的环境灾变和恐龙等大型生物的灭绝。

1908年通古斯事件：一颗直径约50米的小行星在俄罗斯通古斯地区爆炸，释放的能量约2000万吨TNT，导致2150平方公里森林被摧毁。

小行星撞击地球产生的影响程度取决于小行星的大小、速度以及撞击地点。如果大尺寸小行星直接撞击陆地，会造成方圆数十至上百公里范围内的毁灭性破坏，摧毁城市和基础设施。虽然撞击海洋可能会减少对人类的直接伤害，但仍可能引发海啸，威胁沿海地区。

剧烈撞击会向大气中注入大量尘埃和碎片，阻挡阳光，导致全球气温下降；尘埃和碎片会导致酸雨和臭氧层受损，影响植物光合作用，进而破坏生态系统；历史上的小行星撞击事件曾多次导致生物大规模灭绝。

例如，6500万年前的K-T事件导致全球约75%的物种灭绝。此外，巨大的撞击力量可能引发地震、火山爆发、海啸等次生灾害，进一步加剧破坏。

当然，这种“天地大冲撞”级别的撞击可能几十万年到上亿年才会发生一次，我们也不必过于担忧。

怎样监测小行星“要撞地球了”?

预警和监测小行星撞击地球是现代天文学的重要任务之一，其目的是提前发现潜在威胁，并为应对措施争取时间。

01

地面观测网络

地面望远镜是监测近地小行星的主要工具之一。位于智利的ATLAS望远镜在2024年12月首次发现了2024YR4小行星。它通过持续扫描天空，寻找亮度变化的天体，从而发现可能接近地球的小行星。

全球还有许多其他望远镜，如美国的Pan-STARRS、NEOWISE等，它们通过光学和红外成像技术，帮助科学家发现和跟踪近地小行星。

地面观测存在局限性。当小行星接近太阳时，它们的反射光会被太阳的强光掩盖，形成“太阳盲区”。这使得一些潜在威胁的小行星难以被及时发现。例如，凌日的小行星几乎无法通过地面望远镜观测。

02

太空观测任务

为了克服地面观测的局限性，NASA和欧洲空间局（ESA）正在推进太空观测任务，以更全面地监测近地小行星：

NASA的“近地天体探测者”（NEOSurveyor）计划于2027年发射。该航天器将位于地球与太阳之间的第一拉格朗日点（L1），通过红外线探测小行星发出的热量，从而发现更接近太阳的小行星。

ESA的“红外近地天体任务”（NEOMIR）计划于2030年发射，同样位于L1点。NEOMIR专注于监测直径超过20米的小行星，能够在撞击地球前三个星期发现它们，为地球争取应对时间。

03

轨道计算与风险评估

小行星的轨道计算是预警的关键环节。在发现小行星初期，由于观测数据有限，轨道计算只能是近似的。此时，小行星的“风险走廊”（即可能撞击地球的区域）通常较宽。

随着观测数据的增加，天文学家能够更精确地计算小行星的轨道。例如，2024YR4在被发现后的第一个月内，其可能途经的区域已经大幅缩小，但地球仍处于该区域内，因此其撞击概率在初期呈现逐渐增加的趋势。

人类如何防御？

面对小行星撞击地球的潜在威胁，人类已经提出了多种防御方案。这些方案大致可以分为两类：直接摧毁小行星和改变小行星轨道。

动能撞击

动能撞击是目前最成熟且经过验证的防御技术。通过发射航天器撞击小行星，使其轨道发生偏移，从而避免与地球相撞。

美国国家航空航天局（NASA）的“双小行星重定向测试”（DART）任务于2022年成功撞击了小行星Dimorphos，使其轨道周期缩短了32分钟，验证了这一技术的可行性。

中国也计划在2030年前后实施类似的动能撞击任务，采用“伴飞+撞击+伴飞”模式。在撞击过程中，探测器将全程观测并评估撞击效果。

引力牵引

引力牵引是一种较为温和的防御方法。通过发射一艘大型航天器靠近小行星，利用航天器的引力逐渐改变小行星的轨道。这种方法的优点是不需要直接接触小行星，但需要较长时间来实现轨道偏移。

核爆

核爆是一种极端的防御手段，通常被视为最后的手段。通过在小行星附近引爆核弹，利用爆炸产生的冲击波将其摧毁或改变轨道。然而，这种方法可能产生大量碎片，存在碎片撞击地球的风险。

激光烧蚀

激光烧蚀技术通过发射高能激光束，蒸发小行星表面的物质，从而产生反作用力，推动小行星偏离轨道。虽然这种方法在实验室中已取得一定成果，但目前尚未在实际任务中应用。

太阳光压推动

通过在小行星表面喷漆或安装反射镜，增加其反射率，利用太阳光压改变其轨道。这种方法需要较长时间才能产生显著效果，但具有非接触、低风险的优点。

面对小行星威胁，国际社会已经建立了多种合作机制。例如，国际小行星预警网络（IAWN）和空间任务规划咨询小组（SMPAG）负责监测和评估小行星撞击风险，并在必要时启动防御计划。

中国也已启动“近地小行星防御系统”的部署，并计划在2030-2035年间实现推离偏转技术，到2045年前初步具备小行星轨道控制能力。

审核专家：中国科学院国家空间科学中心研究员 李明涛

策划：刘颖 李培元