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“天外来客”威胁守卫战!科学家如何追踪并防御致命小行星?

发布时间:2025/08/08
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在浩瀚无垠的宇宙中,近地小行星宛如隐藏的 “定时炸弹”,时刻威胁着地球的安全。然而,人类对其的探索与监测从未停止,近年来更是取得了诸多令人瞩目的成果。

我国中科院云南天文台传来喜讯,丽江 2.4 米望远镜成功捕捉到近地小行星 2024 XA1 坠落前的珍贵图像。这颗小行星于 2024 年 12 月 3 日被发现,短短不到 12 小时后便在西伯利亚东部上空冲入地球大气层燃烧,化作一颗明亮的火球。

丽江观测站凭借其得天独厚的地理位置和先进的望远镜设备,在小行星坠落前 1 小时内,通过精准的 “守株待兔” 式观测,为我国乃至全球的近地小行星研究提供了关键的数据和图像资料。这不仅是我国天文学领域的一次重大胜利,更是人类对近地小行星监测能力的有力证明,为后续的研究和防御工作奠定了坚实的基础。

 

01小行星撞击的潜在威胁剖析

回顾地球的漫长历史,小行星撞击曾带来过毁灭性的灾难。6600 万年前,那颗直径达 10 千米的小行星撞击地球,引发了全球性的森林火灾、强烈的地震和海啸,尘埃遮蔽天空,致使地球温度骤降,阳光被阻隔,长达百万年的 “黑暗时期” 降临,地球上超过 60% 的物种,包括统治地球的恐龙,在这场浩劫中灭绝。这一事件犹如一记沉重的警钟,时刻提醒着人类小行星撞击的巨大破坏力和潜在威胁。

如今,科学家们根据小行星的等效直径将其威胁程度划分为五类。

千米级的小行星撞击可能引发全球性灾难,这类事件虽然罕见,但一旦发生,将对地球的生态系统和人类文明造成毁灭性打击,其发生周期约为 70 万年甚至更长。

直径 140 米级的小行星足以引发洲际级灾难,大约每 3 万年可能遭遇一次,如 2019 年与地球 “擦肩而过” 的 2019OK 小行星,直径约 57 - 130 米,若撞击地球,爆炸威力将是广岛原子弹的 5000 倍。

50 米级的小行星可能导致大型城市级灾难,每两千年左右便有一次潜在风险,1908 年在俄罗斯西伯利亚通古斯河上空爆炸的那颗直径 30 - 50 米的小行星就是例证,其威力相当于广岛原子弹的 1000 倍,大片森林在瞬间被焚毁。

20 米级的小行星可造成城镇级灾难,约 200 年发生一次,2013 年俄罗斯车里雅宾斯克地区上空的小行星爆炸事件,造成了人员受伤和房屋受损。

而米级的小行星虽然每年都有发生,但大多在大气层中发生空爆并出现火流星现象,部分散落的陨石碎片可能会对人员造成一定威胁。

02全球小行星监测体系现状

(一)地基监测网络

美国的主导地位:美国在地基小行星监测领域占据着重要地位,构建了较为完整的监测网络。其林肯近地小行星研究计划中的多台望远镜,以及卡特琳娜巡天系统、泛星计划等,都在小行星的发现和监测中发挥了关键作用。卡特琳娜巡天系统由 3 台光学望远镜组成,独特的 “2 + 1” 设计使其在预报小行星撞击风险方面表现出色,贡献了过半数人类发现的近地小行星,成功预报了多次小行星撞击地球事件。

泛星计划的 4 台 1.8 米口径望远镜组成阵列,同步观测产生高分辨率图像,与卡特琳娜巡天系统一起,成为近 10 年发现近地小行星最多的系统。此外,美国还拥有阿雷西博射电望远镜和金石太阳系雷达等地基雷达站,用于临近预报,对小行星的轨道、形态、结构和物质组成进行精细探测。

欧洲的太空态势感知计划:欧洲启动了 “太空态势感知” 计划,动员 14 台不同口径的望远镜,利用各成员国的地面雷达和光电设备,对人造天体、空间碎片和潜在威胁天体进行监测,在近地小行星监测预警、在轨处置等研究工作中不断探索和发展,为欧洲地区的小行星监测提供了有力支持。

俄罗斯和其他国家的努力:俄罗斯通过国际科学光学检测网络、天文研究所和国内的相关设备,如 “望远镜自动操作装置移动天文系统” 等,积极开展近地天体搜寻监测工作,并在车里雅宾斯克事件后加快了新建大视场巡天望远镜的步伐。日本、韩国等国家也纷纷建设用于近地天体搜索和物理特性研究的地面望远镜,为全球小行星监测贡献着自己的力量。

(二)天基监测探索

现有天基平台及成果:虽然目前专用于小行星监测的天基平台较少,但各国利用空间望远镜开展的小行星观测活动也取得了一定成果。日本的 “光” 卫星在 2006 年发射后,在轨 5 年多时间里发现了超过 50 万颗太阳系小行星,其运行在太阳同步轨道,对全天域开展近红外、中波和远波红外三种谱段观测。

美国的广域红外探测器于 2009 年发射,工作在红外波段,运行于 500 千米太阳同步轨道,不仅发现了数百颗近地小行星和彗星,在后续任务中还新发现 34000 颗小行星,包括 135 颗近地小行星,成为现阶段国际上主要的小行星天基观测平台之一。欧空局的 “盖亚” 探测器对接近地球的近地小行星有更好的相位角关系,为监测网络起到了重要补充作用。

未来发展方向:美国正在开发新一代天基红外望远镜 NEOCam,计划于 2028 年发射,部署于日地 L1 点。该望远镜将搭载红外谱段望远镜和热红外谱段的宽视场相机,有望在任务周期内精确测定大量小行星的尺寸,为小行星监测提供更精准的数据。随着技术的不断进步,天基监测平台凭借其全天候工作、覆盖天区大、观测波段宽、轨道预测准确等优势,将逐渐成为小行星监测的重要发展方向,与地基监测系统协同作战,共同构建更加完善的监测网络

03、我国小行星监测与防御的发展

 

(一)监测能力建设

我国在小行星监测领域稳步发展,积极参与国际合作的同时,不断加强自身能力建设。紫金山天文台以 1.04 米口径望远镜作为主干设备,系统开展小行星及彗星观测研究,已成为国际小行星联测网中有影响力的台站之一,对超过 1300 个近地小行星进行了观测,并新发现 30 多颗近地小行星。丽江、兴隆等观测站也具备了一定的小行星观测能力,为我国未来组建近地小行星监测预警网络奠定了基础。

此外,2023 年在青海冷湖建成的 “墨子” 大视场巡天望远镜,主镜口径约 2.5 米,配备 7.65 亿像素大靶面主焦相机,为我国的小行星监测增添了新的力量。

(二)防御任务规划

我国高度重视近地小行星防御问题,提出了一系列积极的防御计划和任务。中国探月工程总设计师吴伟仁院士介绍,我国在行星探测领域计划开展近地小行星防御任务,将对一颗数千万公里外的小行星实施动能撞击,使其改变运行轨道,并在轨开展撞击效果评估,实现 “撞得准,推得动,测得出,说得清”。

同时我国着手组建近地小行星防御系统,完善地基天基对小行星的监测预警系统,不仅要对小行星进行编目,更要分析判断哪些是重危型,并对解除这些威胁的技术进行研究和攻关,为保障地球安全贡献中国智慧和力量,展现了我国在全球行星防御领域的担当和责任感。

04、前景与展望

小行星撞击威胁是全人类共同面临的挑战,国际合作成为应对这一威胁的必然选择。联合国和平利用外层空间委员会成立的国际小行星预警网和空间飞行任务规划咨询小组,在协调各国监测预警工作、促进技术研究等方面发挥了重要作用。各国通过合作,共享观测数据和研究成果,不断完善监测预警网络,提高对近地小行星的发现和跟踪能力。

随着技术的不断进步,未来有望实现天地一体化和全天域、全天时的监测预警能力,进一步提高对小行星撞击风险的预测精度和预警时间。同时,在防御技术方面,各国也在积极探索动能撞击、核爆、引力牵引、附着推离、激光烧蚀、太阳光压等多种手段,通过国际合作开展联合试验和技术攻关,有望找到更加高效、可靠的小行星防御方法。

在全球共同努力下,人类对近地小行星的监测与防御能力将不断提升,逐渐从被动防御转向主动应对,有力地保护地球家园免受小行星撞击的威胁,确保人类文明的延续和发展。我们相信,只要各国携手共进,秉持着合作共赢的理念,人类终将在这场与宇宙 “潜在威胁” 的较量中取得胜利,守护好我们赖以生存的蓝色星球。