在日前閉幕的第三屆深空探測（天都）國際會(huì)議上，中國探月工程總設(shè)計(jì)師、深空探測實(shí)驗(yàn)室主任兼首席科學(xué)家吳偉仁透露，我國將在不久的將來，實(shí)施小行星動(dòng)能撞擊驗(yàn)證任務(wù)。
這意味著中國將成為繼美國之后，全球第二個(gè)開展小行星動(dòng)能撞擊實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證的國家。
為什么要撞擊小行星？這次實(shí)驗(yàn)有何價(jià)值？參加此次會(huì)議的中國科學(xué)院上海天文臺(tái)光學(xué)天文技術(shù)研究室研究員唐正宏，接受解放日?qǐng)?bào)記者專訪，進(jìn)行了科普解讀。
【并非為了撞擊而撞擊】
“科學(xué)家們并非為了撞擊而撞擊，其核心目的非常明確：測試并驗(yàn)證通過動(dòng)能撞擊偏轉(zhuǎn)有潛在威脅小行星的技術(shù)可行性，為未來保衛(wèi)地球做準(zhǔn)備?！碧普暾f。
歷史上，地球曾多次被小行星撞擊，最著名的一次導(dǎo)致了恐龍的滅絕。雖然這種全球性災(zāi)難事件概率極低，但較小規(guī)模、會(huì)造成地區(qū)性或城市性破壞的撞擊事件，發(fā)生的概率要高得多。
2013年2月15日，一顆直徑約18米的小行星在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克地區(qū)上空爆炸，等效當(dāng)量約30顆廣島原子彈，導(dǎo)致1000多人受傷、3000余棟房屋受損。由于爆炸發(fā)生在約30公里高空，且當(dāng)?shù)氐貜V人稀，所以傷害沒那么大。試想一下，如果發(fā)生在中國東部人口稠密地區(qū)，其產(chǎn)生的傷害將遠(yuǎn)不止于此，因此該事件引起國家層面高度重視。
天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)以萬計(jì)的近地小行星，其中，與地球最近距離750萬公里以內(nèi)、直徑大于140米、絕對(duì)星等亮于22的小行星，被視為“有潛在危險(xiǎn)”，大約有2200多顆。
“雖然目前已知的、在可預(yù)見的未來有撞擊地球風(fēng)險(xiǎn)的天體極少，但必須為‘萬一’的情況做好準(zhǔn)備?！碧普暾f。
動(dòng)能撞擊是目前被認(rèn)為技術(shù)最成熟、最可行的行星防御方案之一。但理論計(jì)算和地面模擬終究有局限，真實(shí)的小行星結(jié)構(gòu)、成分、密度（可能是堅(jiān)硬的巖石，也可能是松散堆積的“碎石堆”）都會(huì)極大地影響撞擊效果。
“只有‘真撞一次’，才能獲得最真實(shí)的數(shù)據(jù)?！碧普暾f，這也是為何我們要主動(dòng)撞擊小行星的重要目的——技術(shù)驗(yàn)證。
【一場精密的“太空臺(tái)球”】
怎么撞擊小行星呢？
據(jù)悉，中國的“小行星撞擊計(jì)劃”正式名稱為“小行星防御任務(wù)”。其核心任務(wù)之一，是在不久的將來，通過發(fā)射一個(gè)組合航天器，對(duì)一顆近地小行星進(jìn)行動(dòng)能撞擊，并隨后對(duì)撞擊效果進(jìn)行近距離觀測和評(píng)估。
“簡單來說，就是主動(dòng)撞一下，然后看看撞得怎么樣?！碧普暾f，這個(gè)過程可以類比為一場精密的“太空臺(tái)球”——
先發(fā)射一個(gè)航天器（母船），它攜帶一個(gè)“撞擊器”。在接近目標(biāo)小行星時(shí)，撞擊器與母船分離，并以極高的速度（約每秒6.5公里）撞向小行星。
母船會(huì)迅速變軌，從安全距離飛越撞擊現(xiàn)場，利用其攜帶的相機(jī)、雷達(dá)等設(shè)備，詳細(xì)記錄撞擊瞬間產(chǎn)生的碎片、塵埃，最關(guān)鍵的任務(wù)是——測量小行星軌道被改變了多少。
有人擔(dān)心，撞擊小行星的碎片是否會(huì)掉落到地球？“不會(huì)的。小行星的碎片距離地球有千萬公里遠(yuǎn)，且主要受太陽的萬有引力影響，所以落到地球上的概率極低?！?/p>
【有望獲得更詳盡撞擊數(shù)據(jù)】
2022年9月27日，美國航空航天局（NASA）利用軌道航天器（DART），對(duì)一顆近地小行星實(shí)施動(dòng)能撞擊，這是人類歷史上首次嘗試通過動(dòng)能撞擊改變小行星的運(yùn)行軌道。
DART計(jì)劃效果模擬圖 （圖片來源：NASA官網(wǎng)）
當(dāng)時(shí)上海天文臺(tái)利用分布全球的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡接力觀測，拍攝到了此次撞擊前后的近百幅觀測圖像（見下圖），并通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，此次撞擊產(chǎn)生的飛濺物被太陽照亮，導(dǎo)致小行星亮度增加約10倍。
左上為觀測時(shí)刻，圓形亮斑為觀測到的雙星系統(tǒng)，可以看出撞擊后亮度發(fā)生明顯增強(qiáng)（圖片來源：上海天文臺(tái)）
我國將實(shí)施的小行星動(dòng)能撞擊驗(yàn)證有何不同？
“中國的任務(wù)可以看作是一次補(bǔ)充和升級(jí)?！碧普暾f，NASA的目標(biāo)是一個(gè)雙小行星系統(tǒng)，通過測量其軌道周期變化來評(píng)估撞擊效果。而中國的目標(biāo)是一顆單獨(dú)的近地小行星，將直接測量其繞太陽公轉(zhuǎn)軌道的變化，技術(shù)挑戰(zhàn)不同。
DART撞擊過程中的各種表現(xiàn)依賴地面望遠(yuǎn)鏡和與其伴飛的一顆小型立方星進(jìn)行觀測。中國則是由主航天器自身攜帶的功能強(qiáng)大的多個(gè)載荷進(jìn)行近距離、長時(shí)間的精細(xì)觀測，有望獲得更詳盡的撞擊過程數(shù)據(jù)。
【遠(yuǎn)不止“撞一下”那么簡單】
我國主動(dòng)撞擊小行星有什么價(jià)值？
“這次任務(wù)的價(jià)值是巨大且多方面的，遠(yuǎn)不止‘撞一下’那么簡單?！碧普暾f。
其最大價(jià)值在于獲取小行星防御核心數(shù)據(jù)，測量偏轉(zhuǎn)效率是最直接的目標(biāo)。通過對(duì)比撞擊前后小行星的軌道，科學(xué)家可以精確計(jì)算出這次撞擊給了小行星多少“動(dòng)量”，從而得到一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)——“β值”（動(dòng)量傳遞系數(shù)）。這個(gè)數(shù)值對(duì)未來設(shè)計(jì)任何真實(shí)的偏轉(zhuǎn)任務(wù)都至關(guān)重要。
撞擊就像一次“主動(dòng)地震學(xué)”實(shí)驗(yàn)，通過分析撞擊坑的大小、形狀、噴出物的多少和速度，可以反推小行星的表面和內(nèi)部物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)。這對(duì)于評(píng)估未來若需偏轉(zhuǎn)其他小行星時(shí)該用多大“力氣”至關(guān)重要。
該任務(wù)涉及超高精度的自主導(dǎo)航與制導(dǎo)（要準(zhǔn)確命中一個(gè)在高速運(yùn)動(dòng)、形狀不規(guī)則且引力微弱的小天體）、遠(yuǎn)距離高速通信、航天器智能自主管理等頂尖技術(shù)。完成此次任務(wù)將極大提升中國在深空探測領(lǐng)域的技術(shù)水平，為后續(xù)更復(fù)雜的小行星采樣返回、乃至小行星采礦任務(wù)積累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。
小行星被認(rèn)為是太陽系形成過程中殘留的“建筑原材料”。無論此次目標(biāo)小行星是什么類型，近距離的詳細(xì)觀測都能為我們提供關(guān)于太陽系早期形成和演化過程的寶貴信息。
這是在太空微重力環(huán)境下進(jìn)行的一次超高速撞擊實(shí)驗(yàn)，其本身對(duì)于物理學(xué)研究就是極其珍貴的數(shù)據(jù)。
“中國的‘小行星撞擊計(jì)劃’并非意在炫技，而是一項(xiàng)以保衛(wèi)地球?yàn)楦灸繕?biāo)、兼具重大科學(xué)意義與技術(shù)挑戰(zhàn)性的深空探測任務(wù)。它不僅是人類主動(dòng)把握自己命運(yùn)的一次重要實(shí)踐，也是踐行‘人類命運(yùn)共同體’理念的切實(shí)行動(dòng)。該計(jì)劃將在聯(lián)合國相關(guān)倡議的框架下推進(jìn)，其取得的數(shù)據(jù)和研究成果將與全球科學(xué)界共享，助力全人類共同提升行星防御的能力與體系構(gòu)建?！碧普暾f。
題圖來源：上觀題圖
來源：作者：解放日?qǐng)?bào) 黃海華