撰文：劉芳

編審：HS

排版：李雪薇

6600 萬年前，一顆直徑大約 10 公里的小行星飛速地穿過大氣，在墨西哥尤卡坦半島海岸（ Yucatán Peninsula）留下了一道巨大的傷疤。這次撞擊引起了全球海嘯和大火，恐龍也因此遭遇滅頂之災。

行星撞地球一直是天文學家最關心的問題之一，也是好萊塢大片鍾愛的題材。在“世界末日”（Armageddon）中，硬漢布魯斯威利斯（Bruce Willis ）帶領他的深海石油鑽井團隊在隕石上邊挖洞邊埋炸藥包，最終還為了保衛地球而獻出了生命。就在今天，NASA 將拯救地球的電影情節搬到了現實生活中。

當地時間 11 月 23 日 1：21（北京時間 24 日下午 14：21），SpaceX 獵鷹 9 號火箭成功從加利福尼亞州范登堡太空部隊基地（Vandenberg Space Force Base）發射升空，執行了“行星防禦”演習任務。

這次演習被稱為“雙小行星偏轉測試”（Double Asteroid Redirection Test，DART），預計耗資3。3億美元。

演習由約翰霍普金斯應用物理實驗室（APL）、噴氣推進實驗室（JPL）、戈達德太空飛行中心（GSFC）、約翰遜空間中心（JSC）、格倫研究中心（GRC）和蘭利研究中心（LARC）共同完成。

NASA 表示，目標小行星 Dimorphos 對地球不構成威脅。但它的執行系統是一個近乎完美的試驗場，可用來測試撞擊小行星是否能有效地改變其執行軌道。雖然在接下來的 100 年裡，沒有一顆直徑超過 140 米的小行星會撞擊地球，但截至 2021 年 10 月，只有大約 40% 的小行星被人類發現。也就是說，還有更多的未知小行星在太空中環繞，而他們是否會和地球親密接觸也是一個未知數。

發射升空後，DART 將部署 Roll Out Solar Array（ROSA），為電力推進系統提供所需的太陽能。同時它還將啟動 NASA 研發的 Evolutionary Xenon Thruster – Commercial （NEXT-C） 太陽能電力推進系統，測試下一代離子發動機技術。

在飛行大約 10 個月後，火箭上所搭載的機器人探測器將在 2022 年末“壯烈犧牲”，一頭撞向 Dimorphos 小行星。

在執行地球保衛戰的前 10 天，機器人探測器將發射由義大利宇航局製造的Cubesat小型衛星，對這次演習進行全程記錄。

在撞向目標的前 4 小時，探測器將進入完全自主模式， 利用名為 Draco 的機載相機和複雜的自主導航軟體以 6。6 公里/秒的速度朝目標呼嘯而去。這個速度比戰鬥機快 10 倍，所造成的撞擊力足以在 Dimorphos 上留下一個直徑 10 到 20 米的大坑。

NASA 預測，這次碰撞將讓 Dimorphos 的執行速度改變百分之一，並讓它的軌道週期產生數分鐘的偏差。雖然改變只有幾分鐘，但科學家可以在地球上用先進的望遠鏡觀察和測量。

DART 示意圖 | 圖片來源：NASA

除了這次 DART 演習所採用的撞擊方法之外，科學家們還提出了很多其他的方法來解除小行星威脅。例如用鐳射把它們蒸發掉，利用航天器的引力改變它們的航線等，更狠的招兒還是用炸藥把它們炸掉。

10 月 31 日，Philip Lubin 和 Alexander Cohen向journal Advances in Space Research 提交了一篇長達 131 頁的論文，被稱為行星攻擊之 π 計劃。

π 計劃的主要構想是將直徑 10-30 釐米，裝滿炸藥的圓柱形金屬棒設定在小行星的軌道上。當小行星以極快的速度撞擊它們時，便會被炸成大量直徑約 10 米或更小的碎片。爆炸所產生的能量將被轉化為熱、聲和光。屆時，大氣層會像防彈衣一樣蒸發碎片，減少影響。Philip Lubin 預估，爆炸所產生的聲波衝擊波和相關的光和熱仍然會對地面造成一些損害， 但微乎其微 。最重要的是和“行星防禦”計劃相比，π 計劃在應對緊急情況時更有優勢：“ 偏轉小行星的問題是，它需要的響應時間非常受限。換句話說，你需要在小行星接近地球很久之前就把它的軌道偏移。”

相比之下，π 計劃所需的相應時間則短的多。根據作者的計算，直徑小於 50 米的小行星可以在撞擊地球前 5 小時被成功攔截。直徑小於 100 米的小行星可以在撞擊地球前一天被攔截。直徑小於 370 米的小行星可以在撞擊地球前 10 天被攔截。而直徑 20 米以下的小行星在撞擊地球前 100 秒就可以搞定了。

將要壯烈犧牲的機器人探測器 | 圖片來源：NASA

在過去的一百多年裡，地球曾受到過數次小行星的撞擊，但所幸都沒有造成重大人員傷亡。

最近的一次隕星墜落事件發生在我們的鄰國俄羅斯。2013 年 2 月 15 日，一顆直徑約19 米的小行星在俄羅斯車里雅賓斯克市（Chelyabinsk）上空以 20° 的淺角和約65000 km/h（53 倍音速）的速度突破大氣層。最終在劇烈燃燒了約 30 秒後在距離地面 20-25 公里處的高空解體爆炸。巨大的能量傳達到地面，導致方圓數千平方公里的7000餘座建築物受損，因此受傷的民眾多達 1500-2000 餘人。

chelyabinsk event | 圖片來源：紐約時報

天文學家預測，2029 年 4 月 13 日，一顆名為 Apophis 的直徑為 370 米寬的小行星將與地球擦身而過 。2036 年、2051 年、2066 年它將再次和地球親密接觸。

雖然在 2029 年地球不會有任何危險，但 Apophis 一次次的光顧還是讓很多天文學家捏一把汗。Philip Lubin 甚至將其比喻為一顆在頭頂飛嘯而過的子彈。不同的是，這顆“子彈”攜帶的撞擊能量相當於世界上所有核武庫的總和。

更重要的是，天文學家認為 Apophis 這類的小行星會構成“引力鑰匙孔”威脅（gravitational keyhole）。

這是指在近距離飛行期間，它們可能會穿越近地空間的一個特定的區域。在那裡，地球引力會調整它們的軌跡，從而導致未來與地球的撞擊。因此不論是 DART 演習的防禦方法，還是 π 計劃的攻擊方式，儘早對小行星帶來的威脅做好萬全準備總不是一件壞事。

畢竟地球是人類和萬物共同的家園。

參考資料：

https：//www。nasa。gov/planetarydefense/dart

https：//phys。org/news/2021-10-physicists-method-defending-earth-cosmic。html

https：//www。deepspace。ucsb。edu/projects/pi-terminal-planetary-defense

https：//www。scientificamerican。com/article/planetary-defense-is-good-but-is-planetary-offense-better/

https：//www。deepspace。ucsb。edu/wp-content/uploads/2021/10/PI-Terminal-Planetary-Defense。pdf

https：//www。science。org/content/article/nasa-s-first-planetary-defense-mission-will-nudge-asteroid