在第三屆深空探測(天都)國際會議上,我國科學(xué)家提出構(gòu)建近地小行星探測防御體系的構(gòu)想,引發(fā)全球關(guān)注。中國探月工程總設(shè)計師吳偉仁透露,我國計劃于2027年發(fā)射航天器,在2029年對直徑24米至84米的目標(biāo)小行星2015 XF261實施動能撞擊驗證任務(wù),通過“伴飛+撞擊+伴飛”模式評估防御效果。
近地小行星指軌道與地球相交或可能受引力擾動后相交的天體。據(jù)統(tǒng)計,每天約2500萬顆流星體闖入地球大氣層,但絕大多數(shù)因體積過小在高層大氣中燒毀。然而,直徑超20米的小行星可能突破大氣層,造成區(qū)域性破壞。2013年俄羅斯車?yán)镅刨e斯克事件中,一顆直徑近20米的小行星在空中爆炸,導(dǎo)致7200余座房屋受損,近1500人受傷。更早的1908年通古斯大爆炸,則由直徑約65米的石質(zhì)小行星引發(fā),沖擊波震碎650公里內(nèi)窗戶玻璃,2100平方公里森林被夷平。
小行星的威脅與其動能密切相關(guān)。以6600萬年前導(dǎo)致恐龍滅絕的小行星為例,其直徑超10公里,撞擊釋放的能量相當(dāng)于24位數(shù)的焦耳量,足以燒開地球表面2米深的水層。目前全球已發(fā)現(xiàn)39000余顆近地小行星,其中140米以上的超1.1萬顆,千米級的877顆。盡管多數(shù)已排除百年內(nèi)撞擊風(fēng)險,但2024年初小行星2024 YR4曾以3.1%的撞擊概率引發(fā)關(guān)注,后解除警報。
當(dāng)前小行星監(jiān)測主要依賴地面光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,但受大氣和光照干擾,存在“漏網(wǎng)之魚”。例如車?yán)镅刨e斯克小行星從太陽方向襲來,地面設(shè)備無法觀測;2019年小行星OK在滿月期間飛掠地球,直至距地僅一天路程時才被發(fā)現(xiàn)。為此,太空部署天基監(jiān)測系統(tǒng)成為關(guān)鍵。美國2009年發(fā)射的“廣域紅外線巡天探測器”(WISE)證明,紅外巡天在發(fā)現(xiàn)近地天體方面效果遠(yuǎn)超地面觀測。
防御策略分為“閃電戰(zhàn)”與“持久戰(zhàn)”兩類。前者包括核爆炸(利用熱能摧毀或推離小行星)和動能撞擊(通過高速碰撞改變軌道);后者涵蓋著陸挖掘(拋射物質(zhì)產(chǎn)生后坐力)、引力牽引(航天器引力偏移軌道)、激光燒蝕(局部氣化引發(fā)噴射)、離子束流(持續(xù)照射改變軌道)及熱輻射壓(利用“雅爾可夫斯基效應(yīng)”調(diào)整軌道)。其中,動能撞擊因技術(shù)成熟、靈活性強,成為國際首選方案。2022年美國NASA的DART任務(wù)中,500千克撞擊器以每秒6.6公里速度撞擊雙小行星系統(tǒng)中的孿小星,使其繞行周期縮短32分鐘,驗證了技術(shù)可行性。
我國任務(wù)采用“伴飛+撞擊+伴飛”模式:航天器以觀測器與撞擊器組合體發(fā)射,觀測器先飛掠金星借力,于2029年初抵達目標(biāo)小行星伴飛,分析其大小、成分、軌道等特性;撞擊器于4月實施高速撞擊;觀測器繼續(xù)監(jiān)測濺射物分布及軌道變化,評估撞擊效果。任務(wù)搭載光譜及激光三維探測儀、中視場彩色相機等4臺科學(xué)載荷,通過天地聯(lián)合方式研究撞擊動量傳遞規(guī)律。
目前,我國已建成紫金山天文臺1米專用望遠(yuǎn)鏡、冷湖2.5米大視場巡天望遠(yuǎn)鏡等地基監(jiān)測設(shè)施;“中國復(fù)眼”規(guī)劃建設(shè)25部30米孔徑雷達,建成后可探測千萬公里外小行星。此次國際會議期間,我國提出與全球伙伴在地面聯(lián)合監(jiān)測、數(shù)據(jù)共享等領(lǐng)域合作。吳偉仁強調(diào),共享數(shù)據(jù)與科學(xué)成果可提升結(jié)論精確性,使全人類受益。