使小行星偏转以拯救地球

我们如何准备好让可能对地球造成巨大破坏的小行星偏离轨道
2021年4月14日

ASTEROID_EARTH

一颗小行星飞向地球。

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小行星——内行星形成过程中遗留下来的碎片——是那些渴望了解太阳系组成和探索生命化学的人极大好奇心的源泉。

人类也在考虑在小行星上开采金属,但科学家研究这些古老的太空废墟的一个关键原因是行星防御,因为太空碎片可能会对地球造成危害。

因此,美国宇航局正在计划2022年的行星防御任务,其中包括发射一艘宇宙飞船撞击一颗近地小行星,以检查它是否会在与地球相撞的过程中发生偏转。

娜奥米·默多克博士是法国航空航天研究所(ISAE-SUPAERO)的行星科学家,专门研究小行星的地球物理演化,她是欧洲航天局计划的后续任务的一部分。她告诉《地平线》杂志,该任务将描述小行星撞击后的特征,以获取数据,为制定策略提供信息,以应对任何可能威胁地球的小行星。

但我们真的有被巨大的岩石残骸灭绝的危险吗?她认为,并非如此,但一些小行星会造成相当大的破坏,这就是我们在地球上加强防御的原因。

是什么让小行星变得有趣?

小行星提供了太阳系形成的线索。它们的物理组成也有助于回答生命是如何出现的这个大问题。

我们已经确定了多少?它们是由什么构成的?

到目前为止,我们已经发现了100多万颗小行星,但还有数千万颗,如果不是数亿颗,我们不知道。这是因为与恒星不同,小行星本身不发光,它们只反射阳光,所以许多较小的小行星很难被发现。

它们是由什么组成的取决于它们在太阳系中的形成位置。在离太阳最近的地方形成的行星承受了高温的冲击,失去了原本研究起来很有趣的物质。但最常见的是那些形成于离太阳最远的地方:C(碳质)型,可能由粘土和硅酸盐岩石组成,是太阳系中最古老的物体之一,但由于颜色相对较深,很难被探测到。

还有更光明的选择。M(金属)型,主要由金属铁组成,主要分布在小行星带的中部。(小行星带大致位于火星和木星之间)。S(石质)型,由硅酸盐材料和镍铁组成,最常见于内小行星带。

在地球上发现的大多数陨石(小行星或彗星穿过地球大气层后幸存下来的一小块)要么是金属的,要么是石质的。在地面上发现碳质小行星的可能性较小,除非这些小行星非常大,因为它们必须在我们星球的大气层中生存下来,而不会完全燃烧殆尽。基本上,我们在地面上发现的陨石类型并不一定代表会撞击我们大气层的小行星类型。

那么,科学家们担心什么样的小行星会对我们的星球构成威胁呢?

原则上,任何大小的小行星都可能撞到我们,但最大的小行星很容易被探测到——我们已经发现了它们中的绝大多数,它们并不危险。小型小行星比大型小行星多得多,因为它们很小,所以很难探测到它们,也很难跟踪它们。我们必须多次寻找它们,以便精确定位它们的轨道,知道它们在太空中的位置。

我们关注的是那些100到500米大小的小行星。这个大小范围可能是最危险的,因为它们仍然可能对地球造成大量破坏,例如在地区和国家范围内。但我们还不知道它们都在哪里,这就是为什么这是行星防御的关键尺寸范围,因为有一种风险是,有一天我们发现一个我们不知道的存在正向我们走来。

太空科学家正在努力提高我们探测这些较小小行星的能力,然后评估它们是否构成威胁,最后,如果需要,(我们试图)改变物体的方向。

作为NEO-MAPP项目的一部分,我们正在通过改进与测量小行星表面、地下和内部结构有关的空间仪器,帮助为这些行星防御任务做准备,因为这些参数将决定一个偏转任务是否成功。另一个目标是更好地了解在小行星上着陆,它们的低重力环境的后果,以及如何解释在表面相互作用期间记录的数据。

一旦你发现了一颗你想要探索的小行星,你该如何登陆呢?

在第一次太空任务之前,许多人认为小行星只是无聊的岩石块,但我们开始意识到它们实际上要有趣得多。它们有自己的进化史,这对了解太阳系非常重要。

真正探测小行星的机械和物理特性的唯一方法是直接接触它并与之互动,但我们对小行星的实际表面并没有很好的了解,因为小行星的表面拥有低重力环境。这是一个非常奇特的地方,通常被沙子、岩石、巨石等颗粒状物质覆盖,这取决于小行星的类型和大小。这种颗粒状物质,在低重力环境下,表现得比在地球上更像流体。

因此,以前的任务有不同程度的着陆成功,所以我们现在正在研究在类似于小行星的重力条件下的着陆行为。

你是欧洲航天局赫拉任务的一部分,该任务将继美国宇航局的DART任务之后进入双小行星系统。这些任务希望达到什么目标?

DART是一项即将到来的行星防御任务,旨在与一颗较小的小行星卫星Dimorphos相撞,该卫星与近地小行星Didymos绕轨道运行。这个想法是为了测试Dimorphos的轨道是否可以偏转。在接下来的日子里,我们将知道这次转移是否成功。然后,“赫拉”将调查并描述这对小行星以及由此产生的陨石坑。

主赫拉宇宙飞船将不会接触表面,并将在小行星周围的轨道上执行所有调查。然而,被称为立方体卫星的迷你卫星将登陆月球。例如,其中一个将绕小行星轨道运行并对其进行研究(主要仪器是用于观察其内部的雷达),然后它将下降到表面。任务的着陆部分是“额外的科学”(不是实现任务目标所必需的),但对于描述小行星的物理特性来说非常有趣。

这些任务背后的想法是测试一种关键的偏转方法并了解目标。虽然Dimorphos对地球没有威胁,但它的大小与潜在威胁小行星大致相符。我们想做的是做一个特征明确的大规模实验,我们可以用它来推断任何潜在的小行星威胁。为了做到这一点,我们需要了解我们的目标,包括它们的形状,质量密度,陨石坑的大小和碰撞时产生的碎片的水平。

通过测量物理特性和详细描述目标,我们可以校准我们的数值(影响)模型。如果有一天一颗潜在的危险小行星向我们飞来,我们可以使用这些模型来预测如果我们试图改变它的方向可能会发生什么。

“赫拉”号的另一个特点是计划观察月球内部。我认为看到里面的东西会非常令人兴奋,因为它会告诉我们很多关于小行星-月球对的历史。

所以我们正准备应对任何可能对地球造成损害的小行星。但我们被小行星彻底毁灭的可能性有多大?

小行星,包括微小到可以被称为太空尘埃的碎片,每天都会撞击我们的大气层——这就是流星。小行星造成大规模破坏的可能性很小。100到500米的范围是最具威胁的范围——所以这是科学家们目前正在研究的。

总的来说,我们都可以睡得很香,因为我们知道我们极不可能被小行星消灭。

为了清晰和篇幅的考虑,这篇采访经过了编辑。

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