小行星频繁飞掠,地球会有危险吗?

近日,一则模糊来源的消息刷屏朋友圈:“具有潜在威胁性的小行星正在高速向地球运动。”这一消息的传播让不少人生起忧虑,毕竟一些研究认为,曾经的地球霸主恐龙就毁灭于行星撞击地球的灾难之中。

不过随后NASA旗下的官方推特账号Asteroid Watch,对这条信息进行了说明,这颗编号为" 2002 PZ39 "小行星属于阿波罗型小行星,并不会对地球造成威胁,它在577万公里之外与地球擦肩而过,这是个安全距离,相当于地月距离的15倍。之所以编号为“2002 PZ39”,是因为天文学家们在2002年美国林肯实验室就发现了这颗小行星。

天文学家们根据近地天地的运动轨道,近地天体分为阿莫斯、阿波罗等多种。阿波罗型小行星是在径向方向穿过地球轨道,但轨道面却在地球椭圆轨道(太阳在天球上的轨迹就标示着地球的轨道)之上或者之下的天体,它们一般也不会与地球轨道相交。然而它们的轨道会随着时间变化,于是也有可能偏离到危险区域以内。

阿雷西博天文台2020年2月4日和5日拍摄的图像,相对清楚地记录到2020 BX12

事实上,每年都会有不少小行星与地球有惊无险地擦肩而过。在2月3日,就有另一颗名为2020 BX12,直径200-450米的小行星以大约9万公里/小时的速度移动,它是最近几周闯入地球附近区域的最大小行星之一。它飞掠地球时,距离更短些,只有430万公里,但也超过地月距离11倍。

2020 BX12也属于阿波罗型小行星,会来回穿梭火星和地球轨道,它还将在2022和2024年继续飞掠地球,但距离都会比这次远。

虽说行星撞击地球的概率微乎其微,但毕竟有存在的可能。相撞的频率和强度一直是个有争论的话题。是否会有东西在我们关心的时间尺度上撞到地球并造成破坏?人们并没有完全确定的答案。

美国国家科学院院士丽莎·兰道尔在《暗物质与恐龙》一书中根据数据做了一些评估,来让读者们更加清晰地了解小行星撞击地球的评率和强度。

这张图表显示了撞击的数目(左侧纵坐标)和大致的撞击间隔时间(右侧纵坐标)与近地天体的直径的关系。上面的坐标给出了假设天体在撞击时的速度是每秒20公里的情况下,所能释放出的能量(以TNT当量为单位)。横坐标上同时标出了天体的星等:虚线是2003年的估算,圆圈是新的估算结果,实线表示2009年以前发现的小行星数目。

图中标度都是对数尺度,意味着天体大小的变化对应的时间尺度变化可能比你想象的要大得多。比如,10米大的天体可能每10年造访地球一次,而25米大的天体可能每200年才会撞击地球一次。这也就意味着,测量值的微小变化可能会对预测值造成很大的改变。

图表上边框的标度显示一个给定大小的天体在每秒20公里的速度下所能释放的能量,单位是兆吨。比如,一个25米大的天体能释放出的能量是1兆吨。

举例来说,一个500米大小的天体撞击地球的频率估计为10万年一次,1000米大的天体大约为50万年一次,而一个5000米大小的天体要 1000万年一次。图9-3也同时告诉我们,一个可以灭绝恐龙的大约10公里大的天体撞击大约 1000万年~1亿年才会发生一次。

发生撞击当然会产生相应的危害,丽莎·兰道尔在《暗物质与恐龙》中也展示了一张来自美国国家科学院研究报告中的表格。大流星撞击比自然灾害要少见得多,因此它们并不会造成迫在眉睫的威胁。但是一旦发生,它们所释放出的能量和严重程度将是毁灭性的。

虽然小行星撞击地球的威胁概率太小,但如果即将发生了,我们能做什么呢?两个应对的基本措施就是摧毁它或者使其偏移轨道。

丽莎·兰道尔介绍,摧毁并不一定是个很好的办法。如果你把一个正要撞向地球的天体炸成很多飞向同一方向的小石块,反而会增大撞击的概率。虽然每个小块的破坏力比较小,但如果有办法能把撞击数目也减少的话就更好了。

因此,将小行星偏移轨道的方法似乎更加合理。最有效的偏移方法是使飞来的天体增速或者减速,而不是侧推。地球其实是很小的,而且围绕太阳转动的速度很快,大约每秒30公里。根据飞来天体的方向,将它的轨道改变一下,只须让它提前或者拖后7分钟——这是地球在公转轨道上移动一个地球半径的时间,这样做就可以避免一次撞击而将其变成一次激动人心却无害的擦肩而过。这并不是一个很大的轨道改变。如果我们能提前足够的时间(哪怕只是几年)探测到这种危险天体,即使是速度上的一个很小改变,就足够达到目的了。

不过,如果是一个直径大于几公里、可以造成全球性破坏的天体撞击地球,那么无论是摧毁还是偏移,都无法拯救我们。幸运的是,这种撞击在接下来的100万年里估计不会发生。

《暗物质与恐龙》书影

如果碰上小一点的天体,原则上我们是可以自救的。丽莎·兰道尔介绍,最有效的偏移方法是核爆炸,它能阻止一个最大直径为1 000米的天体的撞击。然而,法律是不允许在太空进行核爆的,所以现在这种技术还没有被开发出来。另一种可能的方法是用一个物体与飞来的小天体撞击,这样此物体的动能(也即运动的能量)就会转给小行星。如果提前量足够,特别是如果多次撞击小行星,将会使直径几百公里大的天体转向。其他可以使小行星发生偏移的方法可以是太阳能板、将卫星作为引力拖船、火箭发动机等任何可能产生足够推力的物体。这种技术最终可能会对100米大小的天体有效,但是需要有几十年的提前量。所有这些方法(以及小行星本身)都需要更多的研究,因此现在就下定论哪种方法更有效还为时尚早。