人类能如何防御小行星？中国科学家提出“以石击石”！

前不久，小行星2024 YR4可能在2032年撞击地球的消息刷屏了，不过最新的观测数据显示，小行星2024 YR4有望安全飞过地球。

美国航天局（NASA）2月24日发布消息称，根据最新的观测数据， 小行星2024 YR4撞上地球的概率已经降至0.004%。这意味着这颗小行星可能出现的位置范围已远离地球，不再对地球构成重大撞击危险。

“城市杀手”2024 YR4

去年2024年 12 月27 日，小行星2024 YR4被美国“小行星撞击地球最后警告系统（ATLAS）”位于智利的巡天望远镜首次发现。其直径约55米，与一栋20层楼高度相当，如果撞上地球，虽然不至于造成全球性的毁灭，但也足以摧毁一座城市，因此这颗小行星也一度被称为“城市杀手”。

1 月 27日，该天体撞击地球的概率就已超过1%，这促使联合国授权的国际小行星预警网络（IAWN）开始采取行动。2月初，其撞击地球概率翻了一番，达到2.3%，一时间引发了媒体和公众的关注。在2月中旬，这一概率更是达到3.1%，随后这一概率不断降低。

现在，小行星2024 YR4危险已经解除。但如果真有小行星要撞向地球，人类做好了防御准备了吗？幸运的是，科学家们已经提出多种防御方案。

动能撞击：以力改道

动能撞击的原理简单、直接，就是用航天器高速撞击小行星，从而改变其轨道。

2022年，NASA的“双小行星重定向测试”（DART）任务成功验证了这一技术。DART撞击器以每秒6.1公里的速度撞击小行星“迪莫弗斯”（Dimorphos），使其绕母星“迪迪莫斯”（Didymos）的轨道周期缩短了33分钟。

这次撞击是人类实施的首次主动防御小行星的试验。撞击后，喷发的碎石产生的反冲力甚至比撞击本身更显著，为后续研究提供了重要数据。

DART任务还表明，人类有可能将航天器送往数百万公里外的太空，拦截一颗宽度不到一公里的小行星。要知道，当DART撞击器接近目标时，由于距离遥远，以光速传播的地面控制信号延迟达到38分钟。

最终，撞击器通过实时拍摄目标并自主调整航向，精准命中了直径仅160米的小行星“迪莫弗斯”，展示了关键的行星防御能力。

重力拖拉机：引力牵引

若时间充裕，一艘与目标小行星伴飞的航天器可利用自身引力，通过长期牵引逐步改变其轨道。由于航天器质量远小于小行星，往往需要几年甚至几十年的准备时间，小行星的轨道才有可能发生微小的变化，从而让原本构成威胁的小行星与地球擦肩而过。

据估计，对于一颗直径200米的小行星，航天器需要重约20 吨，并在距离目标50 米的位置停留约一年的时间，才能改变其速度，使其20年后偏离撞击地球的轨道。

“重力拖拉机”方案的优势在于控制精准，尤其适用于直径500米以下的小行星。但若目标体积过大，引力牵引效率将显著下降。

激光烧蚀：蒸发岩石

在一些科幻电影或是游戏场景中，常能看到用激光击碎小行星的场景。不过“激光烧蚀”并不是要将小行星击碎，而是通过多艘航天器聚焦高能激光，从而导致小行星表面岩石气化喷发，产生的反作用力可缓慢改变其轨道。

美国的“激光蜜蜂”（Laser Bees）项目曾进行实验室验证，结果显示它可能是一种可行的小行星偏转技术。

作为激光烧蚀的延伸版本，科学家还提出过所谓的“太阳烧蚀”方案，即利用反射镜聚焦阳光加热小行星表面，原理与“激光烧蚀”类似，但能量来源更为经济。

离子束牵引：粒子推动

几十年来，不少太空任务都在使用离子发动机，从深空一号到黎明号再到DART。离子发动机可以将电能和氙气转化为的高速离子流，从而产生推力。

尽管其推力不如传统的化学火箭发动机，但离子发动机可以长时间连续运行，最终逐渐将航天器加速到更高的速度。

如果航天器将它的离子发动机对准小行星，利用高速离子流持续轰击小行星表面，就可以实现“温柔推离”。这种方法可能需要几年到十几年才能将小行星推离地球轨道，因此需要足够的预警时间。此外，航天器还需要配备额外的反向推进器，因为离子发动机也会将航天器推离小行星。

有研究表明，对于直径2公里以下的小行星，离子束牵引的效率优于引力拖拉机。

核爆拦截：终极手段

如果以上防御小行星撞击地球的努力都失败了，或者发现危险来临时为时已晚，该怎么办？核爆可能是最后防线。通过在小行星附近引爆核装置，爆炸冲击波可使其偏离轨道远离地球。

最新研究表明，对于直径100米的小行星，如果在其撞击前至少两个月，实施核拦截，能偏转99.9%的碎片远离地球。但风险在于，核爆可能将单一的小行星变为多块碎片，需精确计算当量和起爆位置，才能避免这些碎片对地球造成二次威胁。

以石击石：中国的创新方案

尽管世界各地的科学家设想了以上种种方案，但只有“动能撞击”是目前真正在小行星上进行过试验的防御策略，也是当前主动防御小行星策略中备受青睐的方案之一。

不过，这个方案也存在局限性，面对预警时间紧迫的情况，经典动能撞击方法难以有效应对大尺寸小行星的威胁。

为此，中国科学家脑洞大开，在2020年提出了一套“以石击石”小行星防御方案，堪称现实版的“斗转星移”神功。

“以石击石”如何实现呢？首先要先发射探测器捕获百吨级小行星碎片，或者就地取材在碎石堆小行星上“挖矿”，把这些太空巨石和探测器组装成超级撞击器。然后操纵这个“巨石阵”组合体撞向威胁地球的小行星时，动能威力直接提升十倍，一记“借力打力”就能让目标偏转上千公里。

以直径约350米、重量约为6100万吨的阿波菲斯小行星为例，其在2029年与地球的最近距离将约为3.8万公里。若提前10年时间发射，传统的动能撞击只能让它偏移176公里，而“以石击石”的全力一撞，能让这颗小行星的轨道改变1866公里。

更妙的是，这套系统还能边防御边搞科研——既当地球保镖又做宇宙地质学家，在偏转小行星轨道的同时，顺带破解太阳系形成之谜。

虽然“以石击石”仍面临众多关键技术的挑战，亟待突破，但作为一种可能的非核手段，为短时间内应对大尺寸小行星提供了新思路。

参考资料：

1. https://www.planetary.org/articles/asteroid-deflection-techniques-to-save-the-earth

2. https://www.cas.cn/syky/202005/t20200526_4747793.shtml

3. https://blogs.nasa.gov/planetarydefense/2025/02/24/latest-calculations-conclude-asteroid-2024-yr4-now-poses-no-significant-threat-to-earth-in-2032-and-beyond/

作者：刘允

策划：刘颖 张超 李培元 杨柳

审核：中国科学院国家空间科学中心研究员

李明涛