防御小行星撞击，地球准备好了吗
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当小行星撞击地球，人类怎么办？这是许多科幻电影探讨的终极生存命题。
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“我也看了电影《流浪地球》，艺术家充分发挥了想象力，但一些情节还是有科学根据的。”中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁日前在参加香山科学会议期间接受科技日报记者采访时说。
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科幻与现实之间的边界，并非壁垒森严。今年初，一颗编号为“2024 YR4”的小行星因撞击地球的可能性一度引发全球关注。虽然它最终被确认为虚惊一场，但探讨近地小行星防御绝非杞人忧天。
吴伟仁等多位专家在香山科学会议第776次学术讨论会上呼吁，我国应推动小行星防御构想落地、落实，尽快实施在轨处置演示验证任务。
防御小行星撞击艺术构想图。AI制图
全球积极应对潜在威胁
约6500万年前，一颗直径约10千米的小行星猛烈撞击如今的墨西哥湾附近，引发全球性气候灾难，改写了地球生物演化史；1908年，一颗直径约50米的小行星在西伯利亚通古斯河上空爆炸，焚毁2000多平方公里森林；2013年，俄罗斯车里雅宾斯克上空一颗直径约17米的小行星爆炸，冲击波导致近1500人受伤……这些罕见却致命的事件警示人类，近地小行星撞击地球是人类社会共同面临的潜在威胁与长期挑战。
中国科学院院士、中国科学院国家空间科学中心主任王赤说，人类已发现3.7万余颗近地小行星。根据近地小行星的理论群体模型，目前人类已对95%以上直径达1000米级的近地小行星完成编目工作。然而，仍有大量中小尺寸的近地小行星尚未被编目，它们一旦撞击地球，可能引发区域级灾难。
科学界将距离地球轨道最小距离为0.05个天文单位（约750万千米）、直径大于等于140米的小行星认定为潜在威胁小行星，目前已发现2400余颗这样的小行星。
防患于未然，国际社会已采取行动。2014年，联合国和平利用外层空间委员会框架下成立了国际小行星预警网、空间任务规划咨询小组，积极应对小行星威胁。美国、俄罗斯和欧洲等国家和地区纷纷成立专门机构，统筹协调组织本国和本地区小行星撞击风险应对工作。
作为航天大国，中国在星际守护中不会缺席。《2021中国的航天》白皮书提出，论证建设近地小天体防御系统。在2024年召开的第二届深空探测（天都）国际会议上，中国首次近地小行星防御任务方案设想发布。
动能撞击是最现实手段
应对小行星这一危险的“天外来客”，涉及监测预警、灾害评估、在轨处置等诸多环节。此次香山科学会议上，如何对小行星进行在轨处置成为焦点话题。
吴伟仁介绍，在轨处置分为3种方式。一是动能撞击，通过直接撞击使小行星变轨或破碎。这种方式适用于尺寸较小且预警时间较短，或尺寸较大且预警时间较长的小行星。二是核爆炸，适用于尺寸较大且预警时间较短的小行星。三是长期作用力，通过接触式或非接触式作用力使小行星变轨，包括引力牵引、激光烧蚀、离子束牵引、质量驱动、太阳光压等方式。
其中，动能撞击技术成熟度高、作用效果明显、无需长期的轨道操作。“动能撞击是当前应对中小尺寸近地小行星最现实、可行的在轨处置手段。”王赤说。
2022年9月，美国“双小行星重定向测试（DART）”任务成功完成一次动能撞击在轨处置演示。航天器在距离地球约1100万公里处，以每秒6.1千米的速度撞击近地双小行星系统的卫星迪莫弗斯，使其绕母星公转周期缩短33分钟。
开展动能撞击在轨处置演示任务，也是我国科学家努力的方向。王赤建议，我国首次小行星防御在轨验证任务可以通过动能撞击的方式，改变一颗直径约30米近地小行星的轨道，并通过地基与天基设备的联合观测，对撞击效果进行全面评估。
确保“撞得准”“推得动”
谈及对动能撞击在轨处置演示任务的设想，吴伟仁提出12个字：撞得准、推得动、评得出、说得清。
这12字背后，有一系列科学与工程技术问题亟待解答。
如何撞得准？这要求在撞击前，能精准测量确定目标小行星的轨道信息及三维形貌信息。中国科学院紫金山天文台研究员季江徽说，天地基监测在这方面具有不可替代的作用。他建议，通过地基观测站网优化和天基卫星组网协同，构建覆盖全天的近地天体监测预警系统，提升小行星轨道预报与撞击风险评估能力。
如何推得动？这需要研究成坑、溅射、解体等撞击效应及动量传递规律。中山大学大气科学学院空间与行星科学系教授李荐扬分析，目标的应力强度、摩擦系数、孔隙度是影响撞击动量转移的主导因素，目标的整体形状、撞击点地形、岩石比例和分布等也会影响撞击任务的完成情况。要实现动量转移效率以及轨道偏移效率最大化，需考虑撞击能量、时机、撞击点等复杂因素。
如何评得出？这要求在撞击后，能获取撞击坑的三维形貌信息，以及精确测量确定小行星的精密轨道信息。而面对小天体快速自旋、形貌纹理相似等特点，要获取这些信息并非易事。北京控制工程研究所研究员黄翔宇认为，小天体近距离探测智能控制技术将发挥重要作用。随着小天体近距离探测任务场景不断增多，导航和控制技术正朝着更高自主性、智能化及多任务适应性的方向发展。智能协同感知、智能融合导航、智能感知与控制决策一体化等技术，是未来可能的发展方向。
如何说得清？王赤说，这要求科学评估撞击后可能的破碎、解体风险，以及可能的长期轨道演化风险，在这方面需要积极开展小行星防御领域前沿科学问题研究的国际合作。吴伟仁也建议，大力推进小行星防御国际交流合作，联合构建国际天地一体协同监测网。“我们要做到任务联合实施、产品联合研制、科学载荷联合搭载、任务数据共享。”吴伟仁说，“这是全人类共同的事业。”
天问二号突破关键技术
纵然面临诸多挑战，但构建高水平中国小行星防御体系的梦想正在照进现实。
前不久，中国行星探测工程天问二号任务探测器运抵西昌卫星发射中心，计划于今年上半年实施发射。按照计划，天问二号任务将通过一次发射，实施近地小行星2016 HO3伴飞、取样、返回和主带彗星311P伴飞探测等多项任务。
来自中国航天科技集团有限公司的李飞介绍，天问二号在暗弱小行星目标捕获与自主交会、弱引力小行星近距离探测自主导航、弱引力小天体表面可靠附着与固定、在轨目标特性反演与三维重构、复杂任务模式的探测器自主管理等方面突破了小天体探测主要关键技术，将为后续小行星防御任务奠定技术基础。
与会专家呼吁，尽快组织国内外专家论证后续任务，启动小行星防御国家重大工程，加强近地小行星研究。这不仅关乎人类生存安全与文明存续的底线，也关涉太阳系起源等重大科学问题的答案。季江徽说，小行星族群的形成与主带小行星间的碰撞历史有密切关系，可对太阳系行星系统的形成历史提供重要而可靠的约束。利用轨道力学特征与物质成分线索来识别小行星族群并确定其年龄是当前研究的重要方向，而探索近地小行星的起源与演化则是一个值得关注的关键科学问题。
守护脚下的土地，仰望头顶的星空，中国科学家一直在路上。（记者 毛 莉）
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