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9月4日,中国探月工程总设计师吴伟仁,在深空探测国际会议上表示,我国即将启动小行星动能撞击验证任务,将成为继美国之后,全球第二个开展此类实战验证的国家。
那么为什么我们要主动撞击小行星?这背后到底有什么深层考量?
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小行星威胁有多可怕?
小行星撞击地球听起来很遥远,但历史告诉我们这绝非杞人忧天。6500万年前那次著名的撞击事件直接导致恐龙灭绝,而更近一些的例子就在我们身边。
2013年2月15日清晨,一颗直径约18米的小行星在俄罗斯车里雅宾斯克上空突然爆炸,爆炸当量相当于30颗广岛原子弹。虽然爆炸发生在30公里高空,但冲击波仍然造成1000多人受伤,3000多栋房屋受损。如果这颗小行星再大一些,或者爆炸地点是在人口密集的城市上空,后果将不堪设想。
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天文学家目前已经发现了超过3.6万颗近地小行星,其中被标记为"有潜在危险"的就有2200多颗。这些小行星距离地球最近时不到750万公里,直径超过140米。联合国甚至将小行星撞击列为威胁人类生存的二十大灾难之首,可见其严重性。
中科院上海天文台研究员唐正宏指出,虽然大规模撞击事件概率极低,但较小规模的撞击却并不罕见。一颗直径10米的小行星撞击地球大约每10年发生一次,其威力相当于一颗核弹。而直径10公里的小行星若撞击地球,将引发全球灾难和大规模物种灭绝。面对这样的威胁,人类必须提前做好准备。
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为什么选择"撞击"?
既然小行星如此危险,为什么科学家选择用撞击的方式来解决问题?
科学家们提出过不少小行星防御方案,比如核爆炸、激光烧蚀、引力牵引等,但真正被认为最成熟、最靠谱的,还是动能撞击。原理并不复杂:就像打台球一样,用高速飞行器直接撞上小行星,把动量传递过去,稍微改变它的运行轨道。只要偏离一点点,就能让它和地球安全“擦肩而过”。
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关键问题在于,理论计算和地面模拟终究有局限。小行星的真实结构、成分、密度差异巨大,有的是坚硬的岩石,有的却是松散堆积的"碎石堆",这些因素都会极大影响撞击效果。唐正宏强调,只有"真撞一次",才能获得最真实的数据。
我国的撞击计划采用"伴飞+撞击+伴飞"模式。首先发射一艘携带撞击器的母船,在接近目标小行星时,撞击器分离并以每秒6.5公里的极高速度撞向小行星。同时,母船会迅速变轨到安全距离,用搭载的相机、雷达等设备记录撞击全过程,测量小行星轨道的改变程度。
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但这个过程远比描述的复杂。在茫茫太空中以如此高的相对速度撞击一个直径只有几十米的目标,就像在千里之外用步枪打中一只飞行的蚊子。地球与小行星相距千万公里,信号传输延迟达到几十分钟,航天器必须完全依靠自主导航系统完成最后的精准撞击。
而且小行星形状不规则,引力微弱,不同撞击点对轨道改变效果完全不同,如果只是擦边撞击,可能只改变旋转速度而无法有效偏转轨道。
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中国方案有何独特之处?
2022年,美国NASA首次实施DART任务,用飞行器成功撞击距离地球1140万公里的小行星“迪莫弗斯”,让它的公转周期缩短33分钟,验证了动能撞击偏转小行星的可行性。
当时上海天文台还利用分布全球的光学望远镜接力观测,拍摄到近百幅观测图像,发现撞击产生的飞溅物被太阳照亮,导致小行星亮度增加约10倍。
那么中国的计划有什么不同呢?唐正宏将其形容为"一次补充和升级"。
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美国选择的是双小行星系统,通过测量轨道周期变化来评估撞击效果。而中国选择的是单独的近地小行星,将直接测量其绕太阳公转轨道的变化。单颗小行星撞击地球的概率更高,更具威胁性,因此研究价值更大。
并且,DART任务主要依靠地面望远镜和一颗小型立方星进行观测,受到载荷性能和观测时间的限制。而中国计划利用主航天器自身携带的多个功能强大载荷进行近距离、长时间的精细观测,有望获得更详尽的撞击全过程数据。
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这种观测方式的优势在于能够更准确地计算出关键参数——"β值"(动量传递系数)。这个数值反映了撞击器传递给小行星的动量效率,对未来设计真实的偏转任务至关重要。就像医生需要知道药物的准确剂量一样,科学家也需要知道撞击不同类型小行星需要多大的"力气"。
按照计划,这次撞击将在距地球1000万公里左右的地方进行,目标是改变小行星3到5厘米的轨道,确保它在几十年到100年内不会撞击地球。
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这次撞击的价值远超你的想象
表面上看,这次任务就是"撞一下,看看效果",但实际价值却极其丰富。
从科学研究角度来说,小行星是太阳系形成过程中残留的"建筑原材料",保存着46亿年前太阳系诞生时的原始信息。通过近距离观测和撞击实验,科学家可以了解小行星的内部结构、物质组成和形成历史,这对研究太阳系演化和生命起源都有重要意义。
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撞击实验本身就像一次"主动地震学"实验。通过分析撞击坑的大小、形状、喷出物的数量和速度,可以反推小行星的表面和内部结构。这些数据对于评估未来偏转其他小行星的难度至关重要。
从技术角度看,这次任务将大幅提升中国深空探测的实力。无论是超高精度导航、远距离通信,还是航天器自主管理,都能在实践中取得突破,也为未来更复杂的小行星采样返回,甚至小行星采矿打下重要基础。
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更重要的是,小行星蕴藏着丰富的矿物资源。许多小行星富含铁、镍、铂族金属以及水冰等具有重要经济价值的资源。有专家估算,一颗中等大小的金属小行星的价值可能超过全球一年的GDP。随着地球资源日益稀缺,小行星采矿可能成为未来太空经济的重要支柱。
值得一提的是,这次任务体现了中国在太空探索中的开放合作态度。吴伟仁表示,中国将向全球伙伴发出合作倡议,在地面联合监测、数据共享等方面开展积极合作。毕竟,保卫地球是全人类的共同事业,需要各国通力协作。
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小行星防御技术的发展,不仅是人类面对自然威胁时的主动出击,更是我们走向深空、成为真正太空文明的重要一步。当我们能够改变小行星的轨道时,也就意味着人类有了保护自己家园的能力。
这次撞击实验虽然看起来只是"撞一下",但背后承载的却是人类对未来的憧憬。
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