航天器撞击小行星，移星换斗不再是幻想

北京时间9月27日7时14分，美国双小行星重定向测试（DART）任务航天器在距离地球1140万公里处成功撞击了小行星。这是人类首次专注于改变太空天体运动轨迹，有望为防御近地小行星、保护地球提供帮助，意义不言而喻。

美国DART撞击小行星前拍摄的画面

并非杞人忧天

近地小行星防御问题并非杞人忧天。一般来说，天文学界将日地平均距离称作1个天文单位，约为1.5亿公里。如果小行星的运行轨道与太阳的最近距离小于1.3个天文单位，即2亿公里，就被视为近地小行星，它们与地球存在碰撞的风险。

小行星撞地球可能带来十分严重的后果。约6600万年前，直径约10公里的希克苏鲁伯小行星撞击在如今墨西哥尤卡坦半岛，引发了连锁反应，很可能是所有非鸟类恐龙乃至当时全球75%的动植物灭绝的重要因素。

在人类历史记录中，地外天体来袭也并非个案。1908年6月30日，俄罗斯西伯利亚通古斯地区发生大爆炸，毁灭了大约2000平方公里森林，科学家们普遍认为是小行星引发的。2013年2月15日，俄罗斯车里雅宾斯克发生陨石雨事件，陨石进入大气层后留下大约10公里长的轨迹，导致约1500人受伤。

传统上，防御地外天体袭击主要采取修建人防工程、疏散躲避等被动方式，但随着科技进步，主动防御小行星撞地球已成为各国关注的重点。

目前主动防御小行星大致有3种设想，分别是依靠长期作用力缓慢改变小行星轨道、动能撞击改变小行星轨道及核爆炸。

依靠长期作用力缓慢改变小行星轨道，有很多脑洞大开的方案，既有太空拖船、引力拖车等，还能尝试用太空挖掘机为小行星“减肥”，或者依靠强激光照射，改变小行星表面蒸发量，甚至有人提出用表面喷漆等手段改变光压力等。不过，这些方案涉及的技术还不成熟，更像是科幻畅想。

核爆炸是目前人类获取最大能量的手段。根据能量分析，针对预警时间很短或质量很大的小行星威胁，尤其是直径大于600米的小行星，除核爆炸外，其他单一手段都很难在30年内有效改变小行星的轨道，解除对地球的威胁。

相关技术已被多次测试

至于航天器动能撞击来改变天体轨道，相关技术已被多次测试。比如，2005年7月4日，美国深度撞击号探测器成功撞击了坦普尔1号彗星，研究彗星核心成分。2019年4月5日，日本隼鸟2号探测器向小行星表面投掷撞击器，“暴力采矿”，同样对小行星轨道产生了影响。

日本隼鸟2号探测器示意图

本次撞击成功的DART项目耗资约3.25亿美元，美方选择的目标是Didymos（古希腊语“双胞胎”的意思）双小行星系统，其椭圆轨道与太阳最近距离约为1.013个天文单位。主小行星直径约780米，副小行星也就是撞击对象，直径约160米，完成环绕主小行星约需11.9小时，两者距离约1.2公里。此次任务目标是通过撞击改变副小行星相对于主小行星的轨道，争取使其绕转周期缩短10分钟。

美国DART任务示意图

DART任务的撞击窗口之所以选在今年9月27日，是因为那时双小行星系统接近地球，处于地面望远镜可观测弧段内。通过地面光学测量，可以发现副小行星的绕转周期变化，进而估算出撞击产生的速度增量，评估通过动能撞击防御小行星的效率。

有趣的是，动能撞击小行星的场面是否壮观，取决于小行星的成分。如果小行星是坚固实心的，那么航天器只能砸出小坑，小行星的轨道偏移量恐怕不足1%。但如果撞击对象岩质疏松，预计会有岩石激射入太空，反光促使小行星变亮数十倍。

另外，DART任务航天器携带了意大利丽西亚号立方星。它在9月12日完成分离，在撞击3分钟后飞掠“事故现场”，搜集数据，并在未来一段时间逐步将数据传输回地球。

欧空局还计划于2024年发射赫拉号探测器，2027年将抵达DART任务区域，测定被撞击小行星的动量变化、撞击坑形态等，以便全面评估撞击“效率”，积累最有效地改变小行星轨迹的实践经验。

小行星防御中国也在努力

在小行星防御领域，中国航天也在努力。2012年12月15日，嫦娥二号探测器近距离飞掠图塔蒂斯号小行星，获取分辨率3米的光学彩色图像，正式加入一度被西方垄断的小行星探测“俱乐部”。

2019年4月，国家航天局发布了《小行星探测任务有效载荷和搭载项目机遇公告》，确定今后将探测地球共轨天体2016HO3及小行星带中的主带彗星311P，并希望单次发射兼顾2类探测目标和近距、附着、采样3种探测模式。2021年4月24日，国家航天局局长张克俭透露，中方将论证建设近地小行星防御系统。同年11月23日，第一届全国行星防御大会在广西桂林开幕。

在具体技术上，中国科研团队提出了“以石击石”加强型动能撞击行星防御任务概念：无人飞行器捕获小尺寸小行星，或者在碎石堆小行星上采集超过100吨岩石，与飞行器构成组合体，再操控组合体，撞击对地球有潜在威胁的小行星，使其偏转轨道。

据分析，这种方法对小行星轨道的偏转效果可提升一个数量级，为防御大尺寸潜在威胁小行星提供了除核爆外的新选项，同时具有较高的科研价值。

文/兰顺正

原标题：《航天器撞击小行星，移星换斗不再是幻想》

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