《宇航学报》论文探讨能使撞向地球的小行星偏转方向的方案 ...

《宇航学报》论文探讨能使撞向地球的小行星偏转方向的方案

据新浪科技（任天）：如果一个巨大的太空物体眼看着就要撞向地球，我们应该做些什么呢？我们或许可以用宇宙飞船狠狠地撞击它，使它偏离轨道，或者用核武器引爆它；用引力牵引装置拖住它；甚至用聚焦的阳光使它减速。那么，哪一种选择最好呢？麻省理工学院的研究人员对这一问题进行了计算，提出了一个评估这些选择最终效果的系统，并根据两颗小行星及其在太空中的路径进行了模拟。

首先，我们必须决定是先执行侦察任务，还是立即发动全面进攻。这是在生死存亡的压力下做出的重大决定，也促使麻省理工学院的研究小组在今年2月份的《宇航学报》（Acta Astronautica）上发表了一篇指导性的论文，探讨了一些能使小行星偏转方向的方案。

在电影中，小行星的撞击几乎都是发生在最后一刻：一块巨大的而致命的太空岩石，就像一颗从黑暗中射出的子弹一样直冲地球，从发现它到预计的撞击时间只有几周甚至几天。根据美国国家航空航天局（NASA）行星防御办公室2019年4月的报告，小行星撞击是人类面临的一个真正威胁，但与此同时，NASA也认为，他们已经发现了大部分体积最大、可能最致命的天体，而这些天体——所谓的“行星杀手”——撞击地球的可能性很小。当然，可能还有大量体积较小，但仍然大到足以毁灭整个城市的小行星尚未被发现。

地球附近大多数较大的太空物体已经受到了密切监视，因此我们可能会在小行星撞击地球之前得到大量警告。天文学家观察着这些靠近地球的太空岩石，看它们是否可能穿过某个“钥匙孔”。每一颗威胁地球的小行星都会在围绕太阳轨道的不同位置离地球越来越近，或者越来越远。沿着这条路径，在靠近地球的地方就存在着所谓的“钥匙孔”。如果小行星在下一次接近我们的星球时，最终是碰撞的结局，那它就必须穿过这一空间区域。

该研究的主要作者、论文撰写时还是麻省理工学院研究生的三星工程师Sung Wook Paek说：“钥匙孔就像一扇门，一旦打开，小行星就很快会撞击地球，概率很高，”。该论文指出，最容易阻止一个物体撞击地球的时间，就是在它穿过某个“钥匙孔”之前。这将从一开始就阻止该物体朝地球撞过来。一旦小行星穿过“钥匙孔”进入撞击地球的轨道，拯救地球就需要更多的资源和能源，并涉及更多的风险。

Sung Wook Paek和其他作者放弃了使小行星偏转的大多数方案，只认真考虑了核爆炸和撞击的选择。他们写道，核爆炸其实很可能带来问题，因为核爆炸后小行星的具体表现不容易确定，而且对核武器的政治担忧可能也会给任务带来阻碍。

最后，他们提供了三种方案来执行偏转小行星任务。如果发现一颗“行星杀手”小行星正朝某个“钥匙孔”飞来，那这些方案可以在短时间内做好准备。

（1）“0型”任务：就是向来袭的目标发射一台重型撞击器，利用有关该目标组成和轨道的尽可能详细的信息，使其偏离轨道；

（2）“1型”任务：首先发射一个侦察器，在主撞击器发射之前收集小行星的近距离数据，以便更好地瞄准射击，获得最大的效果；

（3）“2型”任务：一台小型撞击器与侦察器同时发射，撞击目标使其略微偏离轨道；然后，根据来自侦察器和第一个撞击器的信息，对第二台小型撞击器进行微调，使小行星最终不能穿过“钥匙孔”。

研究人员写道，“0型”任务的问题在于，地球上的望远镜只能收集有关“行星杀手”小行星的粗略信息，这些天体距离地球还很遥远，体积相对较小，其反射的光线也很暗淡。如果没有关于小行星质量、速度或物理组成的精确信息，撞击器任务将不得不依赖于一些不精确的估计，使无法阻止小行星穿过“钥匙孔”的风险更高。

研究人员认为，“1型”任务更有可能成功，因为它们可以更精确地确定小行星的质量和速度，但这类任务也需要更多的时间和资源。“2型”任务可能效果更好，但所要求的时间和资源就更多了。

研究人员开发了一种计算哪种任务效果更好的方法，主要基于两个因素：从任务开始到小行星到达“钥匙孔”的时间，以及使特定小行星适当偏转的难度。

研究人员将这些计算结果应用于地球附近两颗著名的“行星杀手”小行星：阿波菲斯（Apophis）和贝努（Bennu），得出了一套复杂的指令。一旦其中一颗小行星开始向“钥匙孔”移动，就可以用这套指令设计出使其偏转的探测器。

他们发现，如果有足够的时间，“2型”任务几乎总是能使小行星贝努适当地偏转。不过，如果时间很短的话，则可以采用速战速决的“0型”任务。只有少数情况下，“1型”任务才会奏效。

对于小行星阿波菲斯，情况又有所不同，也更加复杂。如果时间紧迫，“1型”任务通常是最好的选择：迅速收集数据，以便正确地瞄准并撞击。如果有更多的时间，“2型”任务有时是更好的选择，取决于小行星偏离其路线的难度会有多大。在任何情况下，“0型”任务对阿波菲斯都没有作用。

如果时间太短的话，无论是阿波菲斯还是贝努，这些任务都无法成功地使其偏转。小行星之间的差异归结于它们的质量和速度的不确定性，以及它们内部物质对撞击的反应。研究人员写道，这些基本原理同样可以用来研究其他潜在的“行星杀手”，未来的研究可以结合其他选择来改变小行星的方向，包括核武器等。选择越多越复杂，计算就越困难。研究人员最后写道，训练机器学习算法将在未来发挥更大的作用，在小行星撞向地球的场景中，这些算法将根据准确的可用数据帮助天文学家做出决策。