物理学家提出了一种保护地球免受宇宙撞击的新方法

10月14日 14:45 引自:phys.org

图片来源:亚历山大科恩

2013 年 2 月,世界各地的天文观测者将注意力转向了小行星 2012 DA14,这是一颗直径约 150 英尺(50 米)的宇宙岩石,与为我们提供卫星电视的航天器相比,它将飞得更靠近地球。


当他们为几十年一遇的事件做准备时,他们几乎没有意识到,又有一点天体碎片正朝着地球飞奔,而且航向更直接。2013 年 2 月 15 日,车里雅宾斯克流星,一颗直径约 62 英尺(19 米)的小行星在俄罗斯车里雅宾斯克市上空爆炸,它以小角度进入地球大气层。爆炸震碎了窗户,损坏了建筑物,近两千人受伤,但幸运的是没有人死亡。

加州大学圣巴巴拉分校物理学教授菲利普·鲁宾 (Philip Lubin) 是众多预计 2012 年 DA14 近地会合的科学家之一,他说:“事实证明,那天有两颗完全独立的小行星即将到来。” “我们知道其中一个会错过地球。另一个,我们甚至不知道它会来。”

对于 Lubin 和像他这样的科学家来说,此类事件强调了强大的行星防御的重要性——探测、跟踪、表征并最终防御潜在危险的小行星和彗星。像车里雅宾斯克这样威胁城市的事件很少见,大约每 50 到 100 年发生一次,但它们具有潜在的破坏性。最近发生的这些事件是通古斯事件,这是 1908 年西伯利亚东部上空的一次空爆,将数百平方英里的森林夷为平地。更罕见但仍然有可能的是威胁大规模灭绝的物​​体,例如大约 6600 万年前消灭恐龙的希克苏鲁伯撞击器,或者最近(12800 年前)导致大面积燃烧和一个名为“新仙女木”的“影响冬天”。

然而,不能忽视在不久的将来更大的物体不舒服地靠近地球的可能性:直径 1,214 英尺(370 米)的阿波菲斯将于 2029 年 4 月 13 日星期五近距离通过,而本努直径为 1,608 英尺(490 米),预计将在 2036 年进行类似的穿越。虽然预计它们不会撞击地球,但即使它们的轨道发生相对较小的变化也可能导致它们进入称为“钥匙孔”的引力袋将它们置于更直接的轨道上,朝向地球。

“如果它穿过引力锁孔,它通常会在下一轮撞击地球,”鲁宾说

行星防御战略已经从研究了解威胁的更好方法发展到努力转移潜在危险和改变其轨道,包括 Lubin 小组开发的一项战略,该战略提议使用激光将威胁物体推开地球。

在提交给《空间研究进展》杂志的两篇关于终端行星防御主题的论文以及发表在《科学美国人》上的一篇评论文章中,鲁宾和共同研究员亚历山大·科恩提出了一种更积极主动的方法来处理危险的外星空间碎片。该项目被称为 PI,它深情地代表 Pulverize It。

为不可避免的事情做准备:做还是不做?

“虽然我们经常说生活中除了死亡和税收之外没有什么是确定的,但我们当然也可以将人类灭绝添加到这个列表中,”鲁宾说。“有一颗巨大的小行星或彗星潜伏在我们的太阳系中,上面写着‘地球’。我们只是不知道它在哪里,也不知道它何时会撞击。”

在过去的 113 年里,地球被两颗大型小行星撞击,如果它们撞击一座大城市,可能会威胁到数百万人的生命。然而,人类是幸运的。研究人员表示,鉴于这种非常真实的威胁,现在是认真计划和执行行星防御计划的时候了。PI 为最终环境保护计划提供了一种合乎逻辑且具有成本效益的方法。

分而治之

PI 战略的关键是部署一系列可能装有炸药的穿透棒,放置在小行星的路径上,以“切开”威胁物体。直径约 4 至 12 英寸(10 至 30 厘米),长 6 至 10 英尺的穿透棒在小行星或彗星以极快的速度撞击时将其破碎。

研究人员说,至关重要的是,与其使物体偏转,策略是让地球受到撞击,但首先将小行星分解成更小的碎片——通常是房子的大小——然后让碎片进入地球的大气层。然后大气可以吸收能量并将房屋大小的碎片进一步蒸发成不会撞击地面的小碎片。

由于最初的小行星现在作为一个大的、分散的小碎片云进入大气层,它们在空间和时间上分布了撞击的能量,这使每个碎片产生的冲击波失去了相关性。这极大地减少了从灾难性到更多“烟花汇演”的威胁,包括光和声。

“如果你能将危险的大事件减少为一堆无害的小事件,你最终减轻了威胁,”科恩说。

“这种方法的独特之处在于您可以拥有极短的响应时间,”Lubin 补充道。“像小行星偏转方法这样的其他技术存在的一个问题是,它们的响应时间受到严重限制。换句话说,他们依赖于在威胁接近小行星之前很久就获得一种资产来将其转移到小行星上。地球。”

相反,PI“切片和切块”方法在小行星或彗星接近地球时拦截它们,并且可以由当今已经存在的运载火箭部署,例如SpaceX的猎鹰9号和美国宇航局的SLS用于更大的目标。根据物理学家的计算,像车里雅宾斯克流星这样较小的目标可以在撞击前几分钟使用类似于洲际弹道导弹拦截器的小得多的发射器拦截,而构成更严重威胁的目标,如阿波菲斯,可以在撞击前 10 天拦截. 研究人员表示,如此短的缓解时间是前所未有的。

最好的防守是好的进攻

研究人员说,该计划的另一部分是考虑采取积极主动的方法来保护我们的星球。

“就像我们接种疫苗是为了预防未来的疾病一样,正如我们现在痛苦地意识到的那样,我们可以通过使用穿透器阵列来为地球接种疫苗,就像注射疫苗的针头一样,以防止未来发生灾难性的生命损失,”鲁宾说.

在这种方法中,可以使用相同的系统主动消除 Apophis 和 Bennu 等威胁对象,以保护后代。

“人们不太了解像阿波菲斯和本努小行星这样的大型威胁天体是非常严重的,”他继续说。“如果它们发动攻击,它们中的每一个都具有相当于地球上所有核武器总和的能量。想象一下,地球上所有的核武库都在几秒钟内被引爆。有了 PI,我们可以防止这种情况发生。”

根据 Lubin 和 Cohen 的说法,这种新方法可以使行星防御变得非常可行并且“像 PI 一样简单”,并且可以为强大的行星防御系统制定合理的路线图。

“非常快速的反应是可能的,”鲁宾说。“我们没有看到任何技术上的阻碍。它与当前一代运载火箭和其他即将问世的运载火箭具有协同作用。” 此外,卢宾补充说,该方法“将与未来的月球行动产生巨大的协同作用”,月球可能会充当“行动的前沿基地”。

“人类终于可以控制自己的命运,并防止未来大规模灭绝一样,地球以前的租户谁不费心的行星防御,恐龙。”

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