科学家能否拯救世界免受末日小行星撞击?

迟早,一颗末日小行星将 wipe out 地球上的大部分生命——除非,我们首先阻止具有威胁性的太空岩石撞击我们

Illustration of a nuclear device being detonated in space in order to deflect an Earth-threatening asteroid.

一位艺术家构想的核装置在威胁地球的小行星附近爆炸的概念图。这是几种可能的对策之一,旨在使危险的太空岩石偏离撞击我们的星球的轨道。

马克·加里克/科学图片库/Getty Images

气候变化、全球疫情、生物恐怖主义、核战争、失控的人工智能——当今世界不乏本土的生存风险令人担忧。但最令人担忧的危险之一根本不是来自地球。相反,它来自天文数字般的小行星和彗星,它们在绕太阳运行时会靠近我们的星球。这些天体中的大多数都无害地掠过,即使发生宇宙碰撞,绝大多数天体也太小而不会造成全球危机,但偶尔会有一颗大的天体撞击地球,造成灾难性的影响。为了证明这一点,看看奇克苏鲁布陨石坑就知道了,这个“末日陨石坑”是 6600 万年前在尤卡坦半岛海底被一颗 10 公里宽的小行星撞击形成的,它导致了地球上一半以上物种(包括恐龙)的大灭绝。这种情况以前发生过,迟早可能会再次发生——除非,我们看到下一个末日撞击者来临,并设法以某种方式 阻止其末日般的坠落

这种威胁可能看起来像是纯粹的科幻小说,但在“行星防御”的总称下,世界各地的科学家和工程师都以绝对严肃的态度对待它。在他最新的著作《如何杀死小行星:行星防御的真实科学》中,广受赞誉的科学记者罗宾·乔治·安德鲁斯对那些努力保护地球免受太空岩石侵害并帮助人类避免恐龙悲惨命运的人和项目进行了有时可怕、常常幽默且始终博学的描述。

大众科学与安德鲁斯谈论了小行星探测和偏转技术的最新进展、最坏的情况以及对避免灾难的乐观理由。


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[以下是采访的编辑稿。]

那么,罗宾,我必须从几个迫切的问题开始。首先,这本书惊人的封面艺术背后有什么故事吗?那些人是真正的科学家吗?其中一个看起来很像保罗·路德。其次,你为什么用一颗假设的小行星将西雅图从地图上抹去作为本书的开篇?你只是对垃圾摇滚、阴沉的天空和价格过高的咖啡怀恨在心吗?

哈,是的,艺术背后没有太多背景故事,而且不,那些不是真人!我问我的出版商我们是否可以将封面做成 20 世纪 80 年代科幻电影的海报的样子,他们的图形团队同意了,并尽可能多地融入了比喻。我认为它效果很好,因为这是一个关于科学家和工程师的故事,他们真的在努力拯救世界——还能有什么比这更像好莱坞式的英雄主义呢?但与此同时,电影风格的封面也迎合了公众对小行星和彗星撞击的荒谬的奇怪看法。大多数人都是根据著名的科幻电影——世界末日天地大冲撞不要抬头等等——了解这些事情的。但他们并没有真正将撞击视为实际会发生的事情——他们的行为就好像小行星或彗星摧毁一座城市只发生在虚构作品中一样。我想不出还有哪种自然灾害具有这种奇怪的组合,每个人都知道它,但大多数人并不认为它是真实的。

至于西雅图……,我从未去过那里,我对它没有任何意见!我只是想要一个合适的电影般的开场,而一座城市被摧毁很适合这一点,但我不希望选择像纽约市或伦敦这样典型的、显而易见的目标——因为重点是,它可能发生在任何地方,对吧?但我确实希望它是一座美国城市,因为任何全球反应都可能是美国主导的。

Book cover image for How to Kill an Asteroid: The Real Science of Planetary Defense by Robin George Andrews

您大概选择美国作为领导者是因为历史和最近的 NASA 项目,例如双小行星重定向测试 (DART),该项目在 2022 年将航天器撞向一颗小行星,使其轨道减慢了大约半小时。您为这本书花了很多时间与 DART 团队成员在一起,甚至在撞击发生时也在任务控制中心。是什么吸引您关注这一点?而且游戏中不仅仅只有美国,对吧?

我当时正在报道这项任务(事实上,是为了大众科学),[DART 联合研究员] 安迪·里夫金谈论它的方式真的引起了我的共鸣。DART 是关于如此用力地击打一颗小行星,以至于它重新考虑其计划,这对于从未来具有威胁性的太空岩石中拯救世界来说是很好的练习。而且由于这项任务的全部意义在于航天器要被摧毁,这使得它在故事讲述意义上变得非常吸引人。团队中的每个人都为这东西到达发射台然后安全到达目的地而汗流浃背,但最终他们都希望他们珍贵的造物被摧毁。当一切都比计划的还要顺利时,它变成了一个真正令人感觉良好的故事。

不仅仅是 DART 使美国处于领先地位——还有像地面 维拉·C·鲁宾天文台这样的项目,该天文台应该在其他方面发现许多潜在的危险近地天体 (NEO),一旦它在本十年晚些时候开始观测,以及 NASA 的 NEO 测量者任务,该任务将在 2027 年发射后,使用红外成像来发现大多数剩余的未发现的尺寸为 140 米或更大的 NEO。这些是所谓的“城市杀手”,许多科学家对此感到担忧——它们足够小,以至于过去的调查会遗漏它们,但又足够大,足以对地球造成严重破坏。DART 撞击的小行星迪莫弗斯的大小就相当于城市杀手。

其他人——尤其是欧洲——现在正试图在这个问题上跟上节奏。欧洲航天局 (ESA) 最近宣布了一项名为 拉美西斯 的任务,该任务也将与阿波菲斯会合,大约在那次近距离飞掠的两个月前。ESA 即将发射 赫拉,这是一项后续任务,旨在更仔细地观察 DART 小行星撞击的后果。日本也对此表示出兴趣,中国也是如此。在 编目目标绘制它们的轨道兵棋推演场景开发对策 之间,我想象在 21 世纪中叶之前,我们将拥有一个真正但简陋的行星防御系统开始运行。并且假设我们没有发现任何过于可疑或可怕的东西,人们将能够松一口气。人人受益。

看来您对我们的前景感到乐观。那是因为您交谈过的科学家也很乐观吗?

嗯,他们当然不是宿命论者,这很有道理——否则,他们为什么要研究这个问题呢?事实是,行星防御技术是存在的,而且从政治上讲,没有人想做这件事,即使我们在 行星际雷达监视方面可以做得更好。如果你考虑一下,成本效益比是极端的。做很多这项工作花费很少——尤其是仅仅寻找和编目天体——考虑到预防灾难的几乎不可估量的益处。我没有核实这一点,但有人曾经告诉我,直到最近,NASA 的年度行星防御预算大约相当于该机构在食品和 [非太空飞行] 旅行上的支出——这并不多。

投资行星防御是无需动脑筋的事情,我想这与我遇到的专家(尤其是在 NASA)中唯一让我恼火的点有关,那就是这类任务通常与行星科学任务竞争资金。NEO 测量者的情况肯定是这样,这也是该任务被如此延迟的一个重要因素。许多行星防御人员认为这没有道理,我倾向于同意他们的观点。我喜欢所有这些行星科学任务,但如果我们都死了,我们就无法完成任何一项任务,对吧?在我看来很奇怪!

说到大家都死了,有没有可能合理地抱有宿命论的情况?我们可以谈谈这里正在考虑的可能威胁范围吗?您在书中写到了一种叫做 都灵等级 的东西,这是一种对任何给定天体构成的危险进行分类的指标。太空岩石越大,它与地球碰撞的确定性越高,它在 0 到 10 的等级中排名越高。因此,排名较低的东西意味着您可能应该继续支付抵押贷款,因为生活将继续下去,而排名 9 或 10 的东西可能值得与您的亲人吻别,等待我们所知的世界末日。

嗯,例如,这本书不叫《如何杀死彗星》是有原因的。当然,小行星在地球附近更为常见,因此从统计学上讲,我们更有可能受到它们的威胁。但是,虽然彗星撞击我们的可能性较小,但它们仍然很可怕,因为它们出奇地隐秘。它们是 来自外太阳系的巨大、肮脏且黑暗的雪球。当我们注意到它们接近内太阳系并开始 发光并长出尾巴时,我们才注意到它们,但在此之前,它们基本上对我们是不可见的。有时它们可能在逆行轨道上,与地球绕太阳运行的方向相反,这意味着如果其中一颗撞击我们,撞击力将更大。您可以想象,一颗非常不幸的彗星在几乎没有任何警告的情况下以非常高的速度到达,我认为在这种情况下,唯一的选择是巨大的核爆炸,以汽化彗星的一部分并使其偏转。但是没有人制造出足够大的炸弹来完成这项工作——如果您考虑一下,这可能是一件相当好的事情。

但回到小行星:这真的取决于它们有多大以及我们有多少警告时间。几乎所有威胁地球的小行星都将非常快速地进入,携带大量的动能。但这意味着即使质量略有增加,也相当于破坏潜力的巨大增加,因此事情可能会非常迅速地升级。直径几米的东西在它在大气层中分解和燃烧时可能会发出相当大的轰鸣声,但您会没事的。直径 10 米的东西可能会产生震耳欲聋的爆炸声,但它可能不会损坏很多建筑物或类似的东西。20 米,您会看到冲击波,它会震碎大片区域的玻璃窗;40 米,您会看到木制建筑物被击倒,森林被气爆夷为平地。60 米的太空岩石可能不会撞击地面,但它会摧毁那片森林,并可能使附近的汽车翻滚,人们被炸裂的耳膜炸飞。从那里开始,一些细节变得粗略。但似乎确实存在一个临界尺寸,即 140 米左右的“城市杀手”,实际的地面撞击会发生,小行星基本上摧毁它接触到的一切,并挖掘出一个大陨石坑。但这仍然是相当局部的破坏。当您达到 400 米、500 米时,它不再是城市杀手;它是一个国家粉碎者,会摧毁一个大的地理区域。一旦您达到一公里及以上,那就是对我们的文明来说非常糟糕的消息的规模——即使您在世界的另一端,您也会感受到它的影响。

小行星越大,如果您要尝试以某种方式使其偏转,将其推离轨道,您需要的准备时间就越长。理想情况下,您需要数十年的时间来准备,这就是早期预警如此重要的原因。对于影响范围更小、影响更局部的小行星,并且假设在可能不到六个月的最小警告时间的情况下,如果没有像发射 “万福玛利亚”核弹齐射(这有其自身的风险!)这样的极端情况,我们可能最好只是疏散预计的撞击区域并承受撞击。许多小行星不是完整的岩石;它们更像是碎石堆。如果您以错误的方式击中它们,尤其是使用核武器,那么它们不会被偏转,而是会分裂,地球会受到一堆放射性霰弹而不是一颗子弹的袭击。

那么,在您看来,最坏的情况会是什么——也许是一颗逆行彗星从太阳的强光中直奔我们而来,只给我们几天的时间做出反应?

你知道,老实说,如果我们只有几天的时间做出反应,我认为那不会是最坏的情况。想象一下,如果我们有 20 年的预警时间,但天体太大了,我们无能为力。想想这种恐惧以及世界在社会层面将如何应对它。每个人肯定都会变成虚无主义者。也许那是最坏的情况。

但让我们不要以如此悲观的调子结束。由于之前进行的调查和任务已经完成了大量工作,我们已经了解了最大的、最令人担忧的小行星——而且它们都不是真正令人担忧的;它们不会很快撞击我们。并且由于诸如 NEO 测量者和鲁宾天文台等新项目,在一二十年内,我们将发现未来一百年内可能威胁地球的 90% 以上的小行星。到那时,我们将非常有信心 [关于] 我们是否必须出去尝试杀死一些小行星,或者我们是否可以放松。这不会完全排除每一种可能的撞击威胁,但它会非常接近,并且它会让我们更好地了解真正发生了什么。很难不对此感到乐观。

李·比林斯 是一位专门从事天文学、物理学、行星科学和航天领域的科学记者,并且是大众科学的高级编辑。他是广受好评的著作《孤独的五十亿年:在星空中寻找生命》的作者,该书于 2014 年荣获美国物理研究所的科学传播奖。除了为大众科学工作外,比林斯的文章还曾发表在纽约时报华尔街日报波士顿环球报连线新科学家大众科学和许多其他出版物上。作为一位充满活力的公众演说家,比林斯曾为 NASA 的喷气推进实验室和谷歌做过邀请演讲,并曾担任国家地理、突破奖基金会、先锋工作室和各种其他组织举办的活动的主持人。

比林斯于 2014 年加入大众科学,此前曾在SEED杂志担任编辑。他拥有明尼苏达大学新闻学学士学位。

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