人類的小行星-地球拯救計劃

在墨西哥尤卡坦半島的海岸線下,埋藏著地球上第二大的隕石坑——希克蘇魯伯隕石坑。21 世紀初,經過科研人員的模擬計算,這個巨大的隕石坑來源於一顆名為巴普提斯蒂娜的小行星。這或許聽上去是一個拗口且陌生的名字,但讓我們換個說法:在很長一段時間裡,這顆小行星被廣泛認為是終結恐龍時代的「肇事者」之一。

模擬希克蘇魯伯隕石坑的形成

模擬希克蘇魯伯隕石坑的形成

在尤卡坦半島的隕石坑被發現前,諾貝爾物理學獎得主路易斯·阿爾瓦雷斯領導的團隊曾提出著名的「阿爾瓦雷斯假說」——一顆小行星的到訪造成了包括恐龍在內許多白堊紀古生物的滅絕。儘管在相關領域裡,對於希克蘇魯伯隕石坑與這次滅絕事件的關係眾說紛紜;但無論如何,所有人都有這樣的共識:能夠在地層中留下如此大隕石坑的撞擊事件,在任何時代都能夠改變這顆藍色星球上幾乎所有生物的命運。

18 世紀,人們對太陽系的研究還未像現今這樣深刻。隨著各大行星被天文學家發現,「提丟斯-波得定則」——一個描述太陽系行星與太陽平均距離關係的經驗規律——逐漸流傳開。而這個在如今已被證實為幾乎沒有物理意義的規律,為第一顆小行星灶神星(Ceres)的發現奠定了基礎。當越來越多的小行星被天文學家發現,作為人類從古至今仰望並試圖探索的宇宙大海的一部分,它們也成為了科幻作品的常客。

小行星帶示意圖

小行星帶示意圖

英國著名科幻作家阿瑟·克拉克(如果你對這個名字感到陌生,那麼他更廣為人知的身份是《2001:太空漫遊》的編劇之一)曾在上世紀 90 年代,於《時代週刊》上發表過一篇名為《上帝之錘》的短篇科幻小說。

2109 年,人類的科技和社會已經到達了前所未有的高度。月球和火星上都建立了人類能夠自由生活的基地,人類的壽命也因為科學的進步而翻倍。甚至,這是一個擁有「幽默感」與思考能力的人工智慧也在法律上被承認為「人」的時代。雖然科技如此先進,但人們卻無時無刻不生活在恐懼中——因為在地球的不遠處,漂浮著一顆名為「凱利」的小行星。它即將與地球相撞,只有月球和火星基地上的人類能成為倖存者。

上帝之錘第一版封面

《上帝之錘》第一版封面

帶著拯救全人類的希望,航天器「哥利亞號」前往凱利,把名為「阿忒拉斯」的推進器安裝在這顆即將給地球帶來災難的小行星上,好在凱利到達地球前的最後幾個月裡將它推離目前的軌道。然而,這份希望隨著推進器的意外爆炸消散了——在最後的危急關頭,哥利亞號的艦長辛格決定和所有的船員一起,利用航天器自身的推進動力去實現了阿忒拉斯未能完成的任務。

儘管凱利最終還是與地球擦身而過並造成了大量損失,但好在掠過大氣層後它又漸行漸遠,沒有成為毀滅人類的炸彈。只有哥利亞號航天器與它所有的船員因為承受了過大的重力加速度擠成了一團,永遠地留在了凱利上。

航天器與小行星想象圖

航天器與小行星想象圖

如果你在過去的兩個月裡,走進電影院觀看了《獨行月球》,或許會覺得這樣的情節有些熟悉。電影裡的結局,面對「π+」的獨孤月,就像哥利亞號的全員一樣,選擇了用犧牲換取人類歷史的延續。或者,我們把眼光移向現實世界——就在這週一,當 DART 衛星撞向「孿小星」(Dimorphos)時,是否也懷揣著同樣悲壯的使命感?

也許,我們能稱自己為「生命的奇蹟」,但是在宇宙面前,人類與恐龍一樣,只是一個不起眼的物種。如果 6500 萬年前那顆到訪地球的小行星擁有帶來災難的能力,那麼我們就不能排除人類也終將有面臨威脅的一天。

就像 B612 基金會(一個致力於保護地球免受小行星撞擊的非營利組織)表示的那樣,「地球百分之百會被一顆小行星擊中」,只不過是時間的問題。值得一提的是,B612 基金會的名稱來源於著名寓言《小王子》中的同名小行星家園——對於是否能從小行星上「採礦」或是在小行星上建立人類基地的構想也會常常被討論,但對於大多數人來說,與小行星可能帶來的這些利益相比,它們攜帶的碰撞危險或許更為關鍵。

DART與Dimorphos碰撞後的照片

雙小行星重定向測試(DART)的意義正是如此:從現在開始,為人類物種的明天而努力。面對小行星與地球相撞的潛在威脅,人們已經有了一些備選的應對策略。較為極端的辦法是在天體的表面或是地表下安裝爆炸裝置,通過改變小行星本身質量和結構等方式來影響它的軌道;另一種方式是將重型航天器發射到小行星附近,利用一段時間的重力牽引,緩慢將它推離威脅地球的軌道。DART 任務的策略則是一種較為折中的方式——在計算好的時機讓航天器與小行星發生直接的碰撞,通過動量的改變來達到讓它偏離軌道的目的。

由 NASA 牽頭的 DART 任務是世界上第一次小行星防禦技術的試驗。距離地球約 1100 萬公里的「雙小行星」——一個由直徑約 160 米的小行星「孿小星」 Dimorphos 繞轉另一顆直徑約 780 米的小行星「孿大星」 Didymos 構成的系統——是 DART 任務的目標。儘管這兩顆小行星本身對地球不會造成威脅,但一方面科學家有成熟的方式觀察它們的軌道變化,另一方面由於它們與地球的距離不是特別接近,在撞擊發生後不會發生衝向地球的意外,因此這個雙小行星系統成為了最合適的試驗目標。

「信號丟失「——一個在航天任務裡往往人們不希望聽到的情況,但在此刻意味著里程碑式的成功。這顆重約 600 公斤的衛星於 2021 年 11 月發射,在到達目標地點的過程中進行了數次光學校準與軌道校正。DART 衛星上搭載的 DRACO 相機在今年7月,也就是撞擊任務前兩個月,監測到了雙小行星系統。在長達數月的準備工作結束後, DART 衛星最終於 9 月 26 日上午 7 時 14 分,以每秒 6 公里的速度撞向雙小行星系統中較小的那顆,也就是「孿小星」 Dimorphos。DRACO 相機記錄下了撞擊前的最後時刻。

DRACO相機拍攝的最後的圖像

DRACO相機拍攝的最後的圖像

根據預期,在撞擊發生後,雙小行星系統的軌道繞轉週期將有一定程度的縮短,Dimorphos 與 Didymos 的距離也會有所下降。儘管帶來的改變可能不足百分之一,但正是這樣看似微不足道的改變,孕育著人類抵禦可能存在的小行星撞擊事件的底氣。

當然,這次碰撞不只是 DART 衛星使命的結束,更是一系列新探索的開始。跟隨 DART 一同踏上旅程的還有小型衛星 LICIACube,在撞擊前 15 天與 DART 分離,用於拍攝記錄撞擊發生後的圖像。天文學家也將繼續使用地面望遠鏡對 Dimorphos 和 Didymos 進行持續觀察,記錄 DART 為小行星帶來的影響。兩年後,歐洲航天局將發射赫拉(Hera)任務,並於 2026 年到達雙小行星系統附近,進行預計長約半年的調查,確定 DART 與 Dimorphos 的撞擊帶來的最終影響。

哈勃空間望遠鏡在DART衛星撞擊Dimorphos後拍攝的三張圖像

https://www.nasa.gov/

韋布空間望遠鏡在DART衛星撞擊Dimorphos後拍攝的延時圖像 https://www.nasa.gov/

就在這幾天裡,全球已經有幾十臺大望遠鏡把鏡頭聚焦在受到撞擊的雙小行星上,在太空軌道上運行的哈勃空間望遠鏡(HST)和韋布空間望遠鏡(JWST)也不例外。從哈勃空間望遠鏡傳回的圖像中可以看到,撞擊發生後雙小行星系統的亮度有了大幅度並且穩定的增加;韋布空間望遠鏡搭載的近紅外相機(NIRCam)也記錄下了撞擊地點附近源源不斷噴射出的羽流。

截止 2022 年 9 月 27 日,天文學家已經報告發現了 29933 顆近地小行星,其中有三分之一的直徑大於 140 米,甚至有將近 1000 顆的直徑達到了 1 公里。儘管大部分小行星會為地球帶來危險的可能性可以忽略不計,但即使是微乎其微的概率,我們也不希望它成為人類終結的理由。

已知發現的近地小行星(NEA)

已知發現的近地小行星(NEA) https://cneos.jpl.nasa.gov/

無論是對小行星的探測、對潛在危險天體的搜尋,或是像DART衛星這樣親身測試,所有的努力都是為了倘若有一天,我們真的發現了那一顆越來越近、註定奔赴地球的小天體,人類能做的除了祈禱,還有用科技保護自己,守護未來。

參考文獻:

[1]https://www.inquisitr.com/4881237/earth-will-be-hit-by-an-asteroid-with-100-percent-certainty-says-space-watching-group-b612/

[2]https://www.sciencealert.com/behold-the-epic-last-images-taken-by-nasas-asteroid-redirection-test-spacecraft

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Asteroid_impact_avoidance#Further_reading

[4]https://www.planetary.org/space-missions/dart

[5]https://cneos.jpl.nasa.gov/stats/totals.html

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