在第三屆深空探測天都國際會議上,中國探月工程總設計師、中國工程院院士吳偉仁宣布了一項重要計劃:中國將開展針對小行星的動能撞擊演示驗證任務,旨在驗證小行星防御方案的可行性。這一消息引發了廣泛關注,人們紛紛探討地球為何需要防范近地小行星,以及人類應如何應對這些潛在的“天外來客”。
小行星是太陽系中環繞太陽運行的小型天體,體積和質量遠小于行星和矮行星,且不易釋放氣體和塵埃。太陽系內的小行星數量龐大,按軌道分布可分為近地小行星、主帶小行星、特洛伊天體、半人馬天體和海外天體等。其中,近地小行星因軌道近日點距離在1.3天文單位以內,易受大行星引力影響而改變軌道,可能撞擊地球,成為對地球最具威脅的天體之一。
地球歷史上,近地小行星撞擊事件屢見不鮮。科學家推測,地球上曾發生22次生物滅絕事件,其中至少10次由小行星撞擊引發。例如,6500萬年前,一顆落在墨西哥尤卡坦半島的小行星導致約75%的物種滅絕,恐龍也因此退出歷史舞臺。近年來,近地小行星的威脅依然存在:1908年,西伯利亞通古斯河上空一顆直徑約50米的小行星爆炸,2000多平方公里的森林被焚毀;2013年,俄羅斯車里雅賓斯克上空一顆直徑約17米的小行星爆炸,沖擊波導致近1500人受傷,3000棟房屋受損;今年9月,近地小行星2025QD8從距離地球僅21萬公里處飛過,引發關注。
盡管近地小行星撞擊事件頻發,但人類直觀感受到的撞擊痕跡卻并不多。這主要是因為大部分小行星在進入大氣層時已燒毀,而少數撞擊地表的“證據”也被地球板塊運動、海洋覆蓋或生命活動掩蓋。例如,加拿大“魁北克之眼”是2億多年前一次巨大撞擊的遺跡,如今已演變為直徑約70公里的環形湖,難以辨認其隕石坑的原貌。
統計顯示,直徑超過1000米的大型小行星撞擊概率較低,目前尚未發現可能撞擊地球的此類天體;直徑10米以下的小行星雖頻繁撞擊,但大部分無法穿越地球大氣層。因此,直徑10至1000米的近地小行星是防御重點,尤其是直徑140米以上、與地球最小交會距離在0.05天文單位以內的小行星。
“高破壞性撞擊事件概率雖小,但危害極大。”吳偉仁表示,通過提升監測預警能力,可提前預報撞擊時間、落點和危害程度;再結合多手段在軌處置,形成主動防御能力,可完全避免或顯著降低撞擊損失。小行星防御工作涉及天文學、數學、物理學、力學、地學、信息科學、控制科學、航空宇航科學、法學等多個領域,將推動相關科學技術水平提升。例如,我國天問二號探測器已在暗弱小行星目標捕獲、自主交會、弱引力小行星近距離探測自主導航等方面取得關鍵技術突破。
構建天地一體化協同監測預警體系是防御近地小行星的基礎。2024年9月5日凌晨,直徑約1.2米的2024RW1小行星闖入地球大氣層,在菲律賓北部上空解體爆炸。此次事件中,美國、中國、智利、澳大利亞等國的天文臺望遠鏡完整記錄了其軌跡,并準確預報了撞擊時間和位置。這是人類第9次成功預警小行星撞擊,也是中國監測網首次實現接力追蹤觀測。
監測預警體系主要包括三方面工作:一是近地小行星編目,通過天基、地基設備發現新小行星并定軌;二是威脅預警,對有威脅的小行星進行精密跟蹤,評估撞擊風險;三是短期預報,對即將近距離掠過地球的小行星進行持續跟蹤和預報。我國自2018年加入國際小行星預警網以來,以紫金山天文臺1.04米口徑望遠鏡為主干設備,觀測了超過1300個近地小行星,新發現30多顆。冷湖2.5米大視場巡天望遠鏡、興隆2.16米、麗江2.4米和1.8米望遠鏡均具備觀測能力,“中國復眼”規劃建設的25部30米孔徑雷達建成后,將具備對千萬公里外小行星的探測與成像能力。
目前,美國構建了以地基為主、天基補充的監測網絡,每年新發現大量近地小行星,提供98%的國際共享編目數據。歐空局成立行星防御辦公室,開展監測和處置技術研究。俄羅斯現有9臺專用望遠鏡參與監測。然而,地基觀測存在太陽側盲區、有效觀測時間短、易受干擾等缺陷,無法實現全天域、全天時監測。相比之下,天基監測具有范圍廣、追蹤手段多樣、軌道預測準確等優勢,但成本高、維護困難、載荷配置單一等制約因素仍需解決。
在軌處置能力方面,今年初,編號2024YR4的小行星撞擊概率變化引發關注。觀測數據顯示,這顆直徑40至90米的“大塊頭”撞擊地球的概率一度升至3.1%,后降至0.004%,但撞擊月球的概率升至1.7%。若其撞擊地球,后果不堪設想。2022年9月,NASA成功實施“雙小行星重定向測試”任務,利用航天器撞擊“迪莫弗斯”小行星,將其軌道周期縮短約33分鐘,驗證了動能撞擊技術的可行性。
科學家還設想了其他處置手段,如利用核爆炸摧毀小行星、安裝火箭發動機推離軌道、高能激光灼燒形成噴流改變軌道、“噴漆”改變發射率和熱慣量、利用太陽光壓改變軌道,或用航天器抓取小行星“借力打力”等。這些手段主要圍繞推離軌道或分解成無害碎片展開,但除動能撞擊外,其他手段均處于構想階段。
我國計劃在2027年前后實施小行星在軌處置演示驗證任務,首次動能撞擊任務將實現三大目標:改變目標小行星軌道、全程觀測撞擊過程、持續觀測撞擊后軌道變化和形貌。基于撞擊安全、觀測窗口和發射窗口等條件,我國選定近地小行星2015XF261為撞擊目標,其距離地球約1000萬公里,直徑約35.5米。任務要求動能撞擊使其產生3至5厘米每秒的速度增量,驗證100年內無撞擊地球風險。未來,我國將構建小行星探測與防御綜合服務系統,形成“動能撞擊為主、多技術互補”的處置能力,建立防御任務庫,實現“發現即有預案、風險即能應對”。
小行星撞擊是全人類共同面臨的潛在威脅,構建防御能力是全人類的共同任務。中國作為負責任的航天大國,有責任、有能力貢獻智慧和力量,系統構建小行星探測與防御體系,與世界共同守衛地球家園。











