編者按：小行星“2024 YR4”真的會(huì)在2032年撞擊地球嗎？撞擊概率是如何測(cè)得的？如果撞擊真的發(fā)生，人類將面臨怎樣的后果？又該如何防御這類近地小行星的威脅？光明網(wǎng)記者邀請(qǐng)到國際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)主席楊宇光，為我們就這些問題展開詳細(xì)科普，讓我們一同探索“天外來客”的奧秘。
問：根據(jù)NASA公布的消息“2024 YR4” 在 2032 年撞上地球的概率不斷變化，最高公布撞擊概率達(dá)到3.2%，這個(gè)概率是如何統(tǒng)計(jì)得出的？
楊宇光：2024 YR4作為一顆阿波羅族小行星，對(duì)它的發(fā)現(xiàn)是比較晚的。它其實(shí)是在2024年12月25日，通過了距離地球最近的點(diǎn)，距離約828800公里，相當(dāng)于約2.156倍的地月距離，而它的發(fā)現(xiàn)是在通過近地點(diǎn)之后的兩天，也就是2024年的12月27日發(fā)現(xiàn)的，那么對(duì)它的觀測(cè)是在它遠(yuǎn)離地球的過程中進(jìn)行的，目前其實(shí)不同的機(jī)構(gòu)對(duì)于觀測(cè)數(shù)據(jù)得到的軌道精度不一樣，因此計(jì)算出它的碰撞的概率也不一樣。
近期最高碰撞概率3.1%是怎么來的呢？之前美國宇航局基于55天的觀測(cè)弧段，也就是對(duì)它進(jìn)行了55天的觀測(cè)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行軌道預(yù)報(bào)，得到的碰撞概率是1/32，也就是大約3.1%，這其實(shí)已經(jīng)是一個(gè)非常高的概率。
問：像“2024 YR4”這類近地小行星的，人類是通過哪些手段監(jiān)測(cè)它們的行跡的？
楊宇光：2024YR4小行星撞擊地球的概率，的確是基于觀測(cè)數(shù)據(jù)得到的。其實(shí)對(duì)于天體，它們都遵循軌道動(dòng)力學(xué)的相關(guān)規(guī)律。嚴(yán)格意義上來講，如果我們精確地知道某一個(gè)自然或者是人造天體精確的位置和速度，那么在這之后，假如它自己不再噴射出其他的物質(zhì)，比如說是受太陽照射，那么小行星的表面有物質(zhì)的蒸發(fā)，或者說是人造天體它的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作，那么這個(gè)會(huì)改變它的軌道。在這樣的情況下，我們可以精確地預(yù)測(cè)它之后的任意一個(gè)時(shí)刻的位置。
然而，完全精確地獲得它的位置和速度是不可能的，所有的預(yù)測(cè)都是根據(jù)一個(gè)帶有誤差的初始位置和速度進(jìn)行的。那么這個(gè)數(shù)據(jù)是怎么來的？其實(shí)也是基于之前的觀測(cè)數(shù)據(jù)，因?yàn)槲覀冎?024 YR4這顆小行星，它是一顆阿波羅族的小行星，那么所謂的阿波羅族小行星，它不同于愛神族的、雅典族的以及阿特拉斯族的小行星，其軌道和地球軌道有交叉，而且它本身的軌道半長(zhǎng)軸是大于一個(gè)天文單位的，但是它的遠(yuǎn)日點(diǎn)又小于地球的遠(yuǎn)日點(diǎn)，也就是它的整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍和地球非常接近。
問：未來隨著更多觀測(cè)數(shù)據(jù)的獲取，這個(gè)概率是有可能繼續(xù)改變？
楊宇光：軌道動(dòng)力學(xué)中有這樣一個(gè)特點(diǎn)，即便你的觀測(cè)或者說是你的測(cè)量，它的位置和速度精度是一定的，但是只要你的觀測(cè)弧段足夠長(zhǎng)，那么你依然可以改善后續(xù)的預(yù)報(bào)的精度。而目前實(shí)際上由于2024YR4這顆小行星已經(jīng)錯(cuò)過了最佳的觀測(cè)時(shí)機(jī)，那么它通過近地點(diǎn)以后快速地遠(yuǎn)離地球，變得越來越暗。那么能夠?qū)λM(jìn)行觀測(cè)的小型望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)越來越少了。
同一時(shí)期歐空局得到的碰撞概率是1.38%，還有一家意大利的一家觀測(cè)機(jī)構(gòu)，它得到的概率是2.27%，這個(gè)都不一樣，所以說它主要是依據(jù)觀測(cè)的結(jié)果對(duì)它進(jìn)行軌道預(yù)報(bào)，而預(yù)報(bào)本身是帶有誤差的情況下，那么對(duì)它進(jìn)行預(yù)報(bào)的，所以目前確實(shí)概率是不太一樣的。
那么后續(xù)實(shí)際上還要對(duì)它進(jìn)行觀測(cè)，但是確實(shí)已經(jīng)錯(cuò)過了最佳的觀測(cè)期了。
目前因?yàn)樗牧炼仍诓粩嗟刈儼?，所以說能夠?qū)λM(jìn)行觀測(cè)的地基的望遠(yuǎn)鏡尺寸要求是越來越大，也就要求你的口徑特別大。但是天基的望遠(yuǎn)鏡，你比如說詹姆斯韋伯望遠(yuǎn)鏡還能夠?qū)λM(jìn)行觀測(cè)，而且詹姆斯韋伯望遠(yuǎn)鏡，因?yàn)樗且粋€(gè)紅外的望遠(yuǎn)鏡，它還可以對(duì)2024YR4的其他特性，你比如說它的組成，那么進(jìn)行一個(gè)分析，對(duì)于后續(xù)的預(yù)報(bào)都是非常重要的。
問：有消息稱，“2024 YR4”將在 2025 年 4 月至 2028 年期間因距離過遠(yuǎn)而無法被觀測(cè)，在這段觀測(cè)缺失的時(shí)間內(nèi)，有什么方法可以盡可能減少對(duì)其軌道預(yù)測(cè)的不確定性？
楊宇光：這一次觀測(cè)我們得到的數(shù)據(jù)依然是非常有限，所以說后續(xù)對(duì)它的精確的軌道的預(yù)報(bào)，還要靠2028年的12月17日它再次接近地球，這個(gè)時(shí)候我們就可以確定，從現(xiàn)在到2028年還有4年的時(shí)間，那么根據(jù)軌道動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)，觀測(cè)的數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔，或者說觀測(cè)的有效弧段的時(shí)間越長(zhǎng)，最后對(duì)于測(cè)量它的軌道越精確、越有利。
4年的長(zhǎng)度足以確定它在2032年是否會(huì)撞上地球，那個(gè)時(shí)候就可以確定一個(gè)非常精確的概率了。那么理論上它將在2032年的12月22日格林尼治時(shí)間14點(diǎn)（北京時(shí)間22點(diǎn)）前后到達(dá)距離地球最近的距離——198,000公里，相當(dāng)于0.52倍的地月距離。
這個(gè)過程中對(duì)于我們的準(zhǔn)備應(yīng)當(dāng)說也是要求比較高的，那么到了2028年一定要充分利用這次機(jī)會(huì)，根據(jù)目前的觀測(cè)的結(jié)果，它最可能的組成成分是巖質(zhì)小行星，也就是主要由石頭組成，而它可能的分類是S型、L型或K型。太陽系中的小行星有17%都是S型的，也就是它主要以硅基的物質(zhì)組成，而它自轉(zhuǎn)速度非?？臁?/p>
這一次觀測(cè)機(jī)會(huì)中，它的星等變化，星等亮度的變化大概是0.42等，根據(jù)它的亮度變化可以推測(cè)出它應(yīng)該是一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的體型，它的長(zhǎng)軸至少要比短軸長(zhǎng)1.4倍，而它的自轉(zhuǎn)時(shí)間根據(jù)亮度變化可以確定大概是19.5分鐘，這是非常快的。
問：對(duì)于直徑在 40 - 90 米級(jí)別的“2024 YR4”，如果真的撞擊地球會(huì)造成什么樣的后果？
楊宇光：如果2024 YR4撞擊地球的話，它有可能相當(dāng)于1908年俄羅斯的通古斯地區(qū)的那次大爆炸。因?yàn)檫@顆小行星目前根據(jù)它的亮度來判斷，如果說它的反射率是在5%～25%之間，那么它的尺寸大概是40到90米，這個(gè)尺寸是非常大的。
這里我們可以做一個(gè)假設(shè)，一個(gè)巖質(zhì)的小行星，我們假設(shè)它的尺寸是55米，它的密度是2.6克每立方厘米，經(jīng)過計(jì)算可得它的質(zhì)量可以達(dá)到幾十萬噸以上。而這顆小行星公轉(zhuǎn)周期是3.99年，它的軌道平面相對(duì)于地球的軌道平面的夾角是3.41度，如果撞擊地球，那么會(huì)有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的局部地區(qū)災(zāi)害。
根據(jù)它的誤差分布，其撞擊帶的可能出現(xiàn)的地點(diǎn)是這樣一個(gè)順序：從東太平洋開始，到南美洲，再到大西洋的赤道附近區(qū)域，再到中非以及東非的北部，然后再到阿拉伯半島的西南部，再到印度洋的西北部，再經(jīng)過印度，最后是到孟加拉國。這一串的區(qū)域都有可能是碰撞的區(qū)域，如果它撞擊地球，根據(jù)軌道的計(jì)算，它的相對(duì)速度約為17.32千米每秒，而這樣高的速度如果撞到地球的話，它的撞擊能量大約是7780萬噸的TNT的當(dāng)量以上，那么這個(gè)能量是非常高的。
問：“2024 YR4”會(huì)在天空中解體嗎？落在不同的區(qū)域是否會(huì)產(chǎn)生不同的影響？
楊宇光：因?yàn)樗且活w巖質(zhì)的小行星，不是一顆金屬質(zhì)的小行星，所以大概率它在進(jìn)入大氣層以后就會(huì)解體，就會(huì)像下了一場(chǎng)流星雨一樣，那么整個(gè)破壞區(qū)域的范圍約為50公里。
如果落點(diǎn)是在大洋上，剛才講了有可能落到東太平洋或者是大西洋和印度洋上，危害相對(duì)要小一些，也不會(huì)引起海嘯，因?yàn)樗欠稚⒌粝聛淼摹?/p>
但是如果落到陸地上，尤其是落到人口稠密的區(qū)域，那就會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的區(qū)域性的破壞。所以說對(duì)它的關(guān)注還是必要的，它的破壞的范圍可以達(dá)到方圓50公里，但是因?yàn)檫@顆小行星我們目前已經(jīng)可以確定它的尺寸是小于140米的，即便是撞擊地球產(chǎn)生了破壞，那么也只是區(qū)域性的破壞，不會(huì)造成全球性的災(zāi)難。
問：這顆小行星的軌跡還有哪些變化可能？
楊宇光：有一點(diǎn)比較意思，根據(jù)剛才講的目前測(cè)定的它的軌道，它也有一定的概率會(huì)撞到月球。如果說撞到月球，它會(huì)是在2032年的12月22日的格林尼治時(shí)間的16點(diǎn)左右（北京時(shí)間12月23日凌晨左右）從距離月球82,000公里的地方經(jīng)過，誤差的范圍大約是±53萬公里，所以是有一定的概率會(huì)以13.9公里每秒的速度撞到月球。如果撞到月球的話，那么撞擊的能量當(dāng)量約相當(dāng)于520萬噸TNT當(dāng)量，那么撞擊的位置是在月球正面的“危?！币阅系奈恢?。
如果說真是出現(xiàn)這樣的情況，也是一個(gè)非常難得的天文學(xué)的觀測(cè)機(jī)會(huì)。詹姆斯韋伯望遠(yuǎn)鏡對(duì)它的觀測(cè)可以就是說持續(xù)到今年的5月20日，而且如果中間發(fā)生剛好從一顆恒星從它的前方經(jīng)過，那就會(huì)發(fā)生掩星的現(xiàn)象，我們可以獲得更多的信息。
當(dāng)然，目前的監(jiān)測(cè)的手段主要還是靠光學(xué)的手段，因?yàn)樗嚯x地球都是百萬千萬公里以上，這么遠(yuǎn)的距離，就是說雷達(dá)基本上是很難作用的，所以一般都是用可見光或者是紅外觀測(cè)手段，對(duì)它進(jìn)行觀測(cè)。
問：對(duì)于近地小行星防御，現(xiàn)在人類有哪些手段被證明有效？哪些方法還在探索中？
楊宇光：目前無論是觀測(cè)還是撞擊地球的預(yù)報(bào)，應(yīng)當(dāng)說都是目前人類需要緊鑼密鼓做的事情。
一旦我們?cè)?028年確認(rèn)了它極高概率會(huì)撞擊到地球，而且是在人口稠密區(qū)域，那么我們是不是可以采用主動(dòng)防御的手段來避免這樣的災(zāi)難？實(shí)際上這個(gè)問題是比較復(fù)雜的，應(yīng)當(dāng)說這會(huì)成為一個(gè)小行星的防御任務(wù)，通過主動(dòng)改變它的軌道這個(gè)手段的有效性其實(shí)已經(jīng)被人類證明。
目前人類進(jìn)行的小天體的撞擊任務(wù)有兩次，比較早的一次是在2005年美國的deep impact即深度撞擊號(hào)，它帶了一個(gè)372公斤的撞擊器，撞擊了坦佩爾一號(hào)彗星，它主要是進(jìn)行科學(xué)研究。
第二次是美國的雙小行星重定向測(cè)試，也就是DART計(jì)劃。這個(gè)探測(cè)器是在2021年11月24日發(fā)射的，在2022年的9月26日，撞擊了雙小行星中的衛(wèi)星，因?yàn)殡p小行星由它的主星——迪迪莫斯，尺寸大約780米，它有一顆繞它的一個(gè)小衛(wèi)星叫迪莫菲斯，尺寸大約160米。2022年9月26日，DART探測(cè)器以6.6公里每秒的速度撞擊到這顆比較小的衛(wèi)星上，當(dāng)時(shí)撞擊的能量相當(dāng)于三噸的TNT，而這個(gè)撞擊對(duì)這顆衛(wèi)星的軌道產(chǎn)生了一個(gè)非常顯著的改變，使它環(huán)繞主星的周期縮短了32分鐘，它的軌道產(chǎn)生了非常顯著的改變。后來歐空機(jī)也發(fā)射赫拉號(hào)探測(cè)器測(cè)試撞擊的效果，這個(gè)探測(cè)器還在飛向雙小行星系統(tǒng)的路上，所以說目前這種撞擊的手段實(shí)際上已經(jīng)被驗(yàn)證是有效的。
問：除了撞擊手段外，還有哪些手段可以預(yù)防近地小行星？
楊宇光：那么除了撞擊之外，其實(shí)目前人類也在研究其他的手段。比如說采用核彈去把小行星給炸掉；還有將一個(gè)探測(cè)器著陸到它的表面，給它用一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)推進(jìn)，改變它的軌道。這些方法從理論上來說都是可行的，與剛才講的碰撞方式有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是實(shí)施得越早，需要對(duì)目標(biāo)速度的改變也就越少，需要的能量也越少。所以，早準(zhǔn)備、早干預(yù)它的軌道，其實(shí)是一個(gè)最有效的辦法。
客觀來講，10公里以上的天體，如果撞擊地球的話，可以產(chǎn)生生物大滅絕。就像歷史上造成恐龍滅絕的那次撞擊。如果是幾百米到一公里以上的，可以產(chǎn)生全球性的嚴(yán)重的災(zāi)難。而幾十米量級(jí)的，像這顆小行星就可以造成區(qū)域性的重大災(zāi)難。像過去我們碰到對(duì)地球有威脅尤其且體型龐大的小行星，撞擊概率僅為幾百萬分之一到幾萬分之一，因此2024 YR4撞擊概率相對(duì)來說已經(jīng)很高了。需要提及的一點(diǎn)是，2024 YR4的撞擊帶的可能分布區(qū)域，并不在我們中國，所以至少我們中國的老百姓到2032年是不用過度焦慮的。
結(jié)果到2028年將會(huì)揭曉，如果說不能派一個(gè)撞擊器去改變它的軌道，且判定該小行星很有可能撞擊到某個(gè)城市，至少對(duì)這個(gè)城市還是可以進(jìn)行提前疏散的，也許無法避免財(cái)產(chǎn)損失，但是可以盡可能避免人員傷亡，這是我們目前能夠做的事情。
問：國際社會(huì)應(yīng)如何合作應(yīng)對(duì)來自天外的威脅？
楊宇光：那么對(duì)于咱們國家和國際上密切配合，有過成功預(yù)報(bào)小行星撞擊這樣的案例。對(duì)于后續(xù)的任務(wù)，其實(shí)我認(rèn)為推進(jìn)各領(lǐng)域的國際合作是非常重要的，因?yàn)槲覀冎肋@是一個(gè)公益事業(yè)，一個(gè)可能沒有直接經(jīng)濟(jì)回報(bào)的公益事業(yè)。
大家應(yīng)該加強(qiáng)聯(lián)合溝通，盡可能地共享觀測(cè)數(shù)據(jù)，使我們對(duì)于小行星的威脅的預(yù)報(bào)更加準(zhǔn)確，這都是我們目前能夠做的事情。未來，對(duì)于干預(yù)的過程，需要所有的航天大國和其他沒有過航天能力或者航天能力較弱的國家，大家團(tuán)結(jié)起來，來面對(duì)人類共同的威脅。（記者 焦子原）
來源：光明網(wǎng)
轉(zhuǎn)載時(shí)間：2025-02-25
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