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如果我們用核彈轟炸小行星會發生什麽?

2024-08-24科學

如果發現一顆小行星正朝地球飛來,我們應該怎麽辦?

由於諸如【絕世天劫】和【天地大沖撞】等電影的影響,大多數人可能會認為最佳方案是使用核武器將這塊太空巖石炸得粉碎。盡管在某些情況下這種方法確實可行(當然無需布魯斯·威利斯親自駕駛航天器),但核爆炸並非總是應對小行星威脅的最佳選擇。

核爆炸對小行星的影響

核爆炸對小行星的具體影響取決於該小行星的特性。小行星的尺寸和結構各不相同,有的密度很高,如金屬小行星Psyche;有的則是碎石堆結構,如小行星Bennu。

NASA拍攝的小行星Bennu的特寫影像

根據小行星的大小、組成以及核裝置的威力,爆炸可能將小行星炸成碎片。這些碎片是否會錯過地球或繼續沿原來的撞擊軌跡前進,也取決於上述因素——小行星的大小、組成以及爆炸的威力。雖然一些碎片可能足夠小,以至於在大氣層中燃燒殆盡,但其他較大的碎片仍可能構成嚴重威脅,並可能在地球上廣泛地區域內落下。

另一種方法是在小行星表面附近而非其表面上引爆核裝置。這樣,爆炸產生的高溫可以將小行星表面物質汽化並燒蝕,從而產生推力改變小行星的軌域而不致造成顯著的破碎。

任何試圖透過核爆炸來摧毀或改變小行星軌域的嘗試,很可能都需要事先對該小行星進行近距離探測,以確定其成分、結構以及需要多大的力量才能有效地使其偏離軌域或將其摧毀,同時避免將單一的撞擊威脅轉變為多個。

國際條約問題

根據國際【外太空條約】,在太空中使用核武器是嚴格禁止的,這是出於非常好的理由。在冷戰期間,蘇聯和美國競相開發強大的火箭和核武器,甚至在太空中測試核武器。作為對此軍備競賽的回應,聯合國起草了【外太空條約】,所有主要航天國家均已簽署。

盡管將核武器送入太空用於小行星防禦顯然不同於將其用於戰爭,但在太空中使用核武器可能會引發地緣政治緊張局勢或為未來的太空軍事活動樹立不良先例。這也是為什麽核選項不一定是最直接處理小行星威脅的原因之一。

其他選擇

幸運的是,還有其他方法可以偏轉小行星,而不會像核爆炸那樣帶來挑戰。

一種技術是重力牽引器,即發射一艘重型航天器靠近小行星,並利用其自身的重力將小行星的軌域拉離與地球相撞的路徑。另一種技術是雷射燒蝕,即使用一艘或多艘航天器接近小行星,用雷射汽化巖石,產生噴流以減緩或加速小行星繞太陽執行的路徑。行星協會與蘇格蘭斯特拉斯克雷德大學的研究團隊合作,透過他們的「雷射蜜蜂」計畫開展了這項技術的早期實驗室研究。

還有一種方法是動能撞擊器技術,即一艘或多艘航天器撞擊小行星,給予它一定的力量來改變其軌域。美國國家航空暨太空總署的DART(雙小行星重新導向測試)任務在2022年9月成功驗證了這一技術的有效性,當時航天器有意撞擊了小行星Didymos的小衛星Dimorphos,使得Dimorphos圍繞Didymos的軌域周期改變了33分鐘,證明了動能撞擊器技術能夠在太空中改變小行星的軌跡。

對於大型小行星的大規模爆炸

雖然像DART這樣的動能撞擊器對大多數小行星尺寸有效,但對於真正巨大的太空巖石,即使是我們能發送的最大航天器也可能不足以使其偏轉足夠的距離,特別是在小行星距離地球較近,需要大振幅改變其軌域的情況下。在這種情況下,可能需要使用核爆炸來為更重的物體提供更大的軌域改變。

幸運的是,對於地球而言,更大的小行星更容易從遠處發現。研究人員有信心已經找到了太陽系中超過80%的大型小行星,而且沒有一顆正處於與地球碰撞的軌域上。

最後的手段?

即便正在開發其他偏轉技術,及早發現即將來襲的小行星仍然是極其重要的。如果我們能在預測撞擊的多年之前發現威脅性小行星,就不需要對其進行太大的偏轉。只要稍微改變其抵達地球的時間,哪怕只有幾分鐘,就足以決定是撞擊還是擦肩而過。

對小行星施加微小的推力,在預計撞擊前的幾個軌域周期就能防止撞擊的發生。像DART這樣的偏轉技術非常適合這種情況。然而,如果發現了危險的小行星,無論人類決定使用何種偏轉任務,都需要花費數年的時間來建造並行射。

如果我們確實發現了將在不久的將來撞擊地球的小行星,核選項可能是我們目前最好的選擇。一項2021年的研究表明,如果在一顆直徑100公尺(約328英尺)的小行星旁引爆核彈,至少在撞擊前兩個月,可以將小行星99.9%的品質移出地球的軌域。

我們現在最需要做的,就是尋找、跟蹤和研究那些接近地球軌域的小行星。越早發現天空中的危險,我們就越有可能采取措施來應對它。