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如果我们用核弹轰炸小行星会发生什么?

2024-08-24科学

如果发现一颗小行星正朝地球飞来,我们应该怎么办?

由于诸如【绝世天劫】和【天地大冲撞】等电影的影响,大多数人可能会认为最佳方案是使用核武器将这块太空岩石炸得粉碎。尽管在某些情况下这种方法确实可行(当然无需布鲁斯·威利斯亲自驾驶航天器),但核爆炸并非总是应对小行星威胁的最佳选择。

核爆炸对小行星的影响

核爆炸对小行星的具体影响取决于该小行星的特性。小行星的尺寸和结构各不相同,有的密度很高,如金属小行星Psyche;有的则是碎石堆结构,如小行星Bennu。

NASA拍摄的小行星Bennu的特写图像

根据小行星的大小、组成以及核装置的威力,爆炸可能将小行星炸成碎片。这些碎片是否会错过地球或继续沿原来的撞击轨迹前进,也取决于上述因素——小行星的大小、组成以及爆炸的威力。虽然一些碎片可能足够小,以至于在大气层中燃烧殆尽,但其他较大的碎片仍可能构成严重威胁,并可能在地球上广泛地区域内落下。

另一种方法是在小行星表面附近而非其表面上引爆核装置。这样,爆炸产生的高温可以将小行星表面物质汽化并烧蚀,从而产生推力改变小行星的轨道而不致造成显著的破碎。

任何试图通过核爆炸来摧毁或改变小行星轨道的尝试,很可能都需要事先对该小行星进行近距离探测,以确定其成分、结构以及需要多大的力量才能有效地使其偏离轨道或将其摧毁,同时避免将单一的撞击威胁转变为多个。

国际条约问题

根据国际【外层空间条约】,在太空中使用核武器是严格禁止的,这是出于非常好的理由。在冷战期间,苏联和美国竞相开发强大的火箭和核武器,甚至在太空中测试核武器。作为对此军备竞赛的回应,联合国起草了【外层空间条约】,所有主要航天国家均已签署。

尽管将核武器送入太空用于小行星防御显然不同于将其用于战争,但在太空中使用核武器可能会引发地缘政治紧张局势或为未来的太空军事活动树立不良先例。这也是为什么核选项不一定是最直接处理小行星威胁的原因之一。

其他选择

幸运的是,还有其他方法可以偏转小行星,而不会像核爆炸那样带来挑战。

一种技术是重力牵引器,即发射一艘重型航天器靠近小行星,并利用其自身的重力将小行星的轨道拉离与地球相撞的路径。另一种技术是激光烧蚀,即使用一艘或多艘航天器接近小行星,用激光汽化岩石,产生喷流以减缓或加速小行星绕太阳运行的路径。行星协会与苏格兰斯特拉斯克莱德大学的研究团队合作,通过他们的「激光蜜蜂」项目开展了这项技术的早期实验室研究。

还有一种方法是动能撞击器技术,即一艘或多艘航天器撞击小行星,给予它一定的力量来改变其轨道。美国宇航局的DART(双小行星重定向测试)任务在2022年9月成功验证了这一技术的有效性,当时航天器有意撞击了小行星Didymos的小卫星Dimorphos,使得Dimorphos围绕Didymos的轨道周期改变了33分钟,证明了动能撞击器技术能够在太空中改变小行星的轨迹。

对于大型小行星的大规模爆炸

虽然像DART这样的动能撞击器对大多数小行星尺寸有效,但对于真正巨大的太空岩石,即使是我们能发送的最大航天器也可能不足以使其偏转足够的距离,特别是在小行星距离地球较近,需要大幅度改变其轨道的情况下。在这种情况下,可能需要使用核爆炸来为更重的物体提供更大的轨道改变。

幸运的是,对于地球而言,更大的小行星更容易从远处发现。研究人员有信心已经找到了太阳系中超过80%的大型小行星,而且没有一颗正处于与地球碰撞的轨道上。

最后的手段?

即便正在开发其他偏转技术,及早发现即将来袭的小行星仍然是极其重要的。如果我们能在预测撞击的多年之前发现威胁性小行星,就不需要对其进行太大的偏转。只要稍微改变其抵达地球的时间,哪怕只有几分钟,就足以决定是撞击还是擦肩而过。

对小行星施加微小的推力,在预计撞击前的几个轨道周期就能防止撞击的发生。像DART这样的偏转技术非常适合这种情况。然而,如果发现了危险的小行星,无论人类决定使用何种偏转任务,都需要花费数年的时间来建造并发射。

如果我们确实发现了将在不久的将来撞击地球的小行星,核选项可能是我们目前最好的选择。一项2021年的研究表明,如果在一颗直径100米(约328英尺)的小行星旁引爆核弹,至少在撞击前两个月,可以将小行星99.9%的质量移出地球的轨道。

我们现在最需要做的,就是寻找、跟踪和研究那些接近地球轨道的小行星。越早发现天空中的危险,我们就越有可能采取措施来应对它。