在最后时刻的防御,将一颗将要撞击地球的小行星撞击摧毁

3月7日 19:17 引自:phys.org

在粉碎它的场景中,一颗向地球飞去的小行星将被一个撞击器撞击,撞击器上有一系列杆,其中一些杆带有炸药。这颗小行星或彗星将被分成更小的碎片,构成轻微威胁。来源:鲁宾/实验宇宙学组,UCSB

凝视夜空可以唤起人们对人类在宇宙中地位的好奇。但这并不是它所能唤起的全部。如果你对小行星撞击(比如灭绝恐龙的小行星撞击)了如指掌,那么即使是一块稍纵即逝的陨石也能将你愉悦的惊奇感推到一边。那该怎么办?

幸运的是,行星防御是一些科学家和工程师最关心的问题。其中一位科学家是加利福尼亚大学圣塔巴巴拉分校的Philip Lubin教授。鲁宾正在推广他的理念,称为“人类的终极防御-PI”。PI代表粉碎它,鲁宾认为,将即将到来的撞击物粉碎成小块是我们在短时间内保护自己免受小行星撞击的最佳选择。

鲁宾在 2021 年行星防御会议上提出了他的 PI 行星防御理念。他的想法现在是 NASA 创新先进概念 (NIAC) 计划的第一阶段获奖者。NIAC 旨在促进和支持可以改变未来 NASA 任务的有远见的想法。NASA 运营着行星防御协调办公室 (PDCO),而 Lubin 的 PI 行星防御理念符合该办公室的职责。

小行星撞击的威胁是真实的。像毁灭恐龙的那颗巨大的小行星会毁灭我们的文明。我们面临着更多的小威胁,比如通古斯事件和车里雅宾斯克流星,但我们能指望运气来避免毁灭性的影响吗?那是不明智的。

菲利普·鲁宾在 2021 年表示:“到目前为止,人类已经幸免于我们以前的租户所遭受的大规模灾难,但从长远来看,指望‘幸运’是一个糟糕的策略。”

NASA 正忙于寻找和编目对地球构成威胁的小行星。但这只是第一步。我们必须找到保护地球免受灾难性影响的方法。

围绕减轻小行星撞击的许多想法都集中在较长的交货时间上。如果我们提前数月或数年知道小行星何时会撞击地球,我们可以发出动能撞击器来改变小行星的方向。如果有足够的前置时间,即使是小型动能撞击器也可以将大型小行星重定向到远离我们的地方。

但是如果时间很短呢?如果我们发现得太晚了怎么办?如果我们发射了一个动能撞击器,但它以某种方式错过或失败了怎么办?这就是 Lubin 的 PI 想法可以发挥作用的地方。

PI的主要思想是将小行星粉碎成更小的碎片,然后在地球大气层中燃烧。在 2022 年 2 月 18 日为 NIAC 撰写的一篇文章中,Lubin 写道:“在短截距场景中,最大直径约 10 米的小行星碎片让地球大气层充当‘光束堆’,碎片要么在大气或空气爆发,能量的主要通道进入空间和时间不相关的冲击波。”

PI 的想法是设计一种不仅具有动力而且具有爆炸性的冲击器。撞击装置将配备穿透杆以刺穿小行星。炸药会填满一些棒,由此产生的爆炸会将火流星粉碎成更小的块,希望直径为 15 m 或更小。这些碎片会形成一团碎片。根据火流星的大小、装置的大小以及引爆时与地球的距离,一些碎片可能会撞击地球。但其中大部分将通过与地球大气层的摩擦而被破坏。

该图显示了成功拦截产生的两个片段云。顶部是较小的小行星,底部较大。请注意一些碎片是如何与更大的小行星一起完全错过地球的。来源:鲁宾 2021

“该方法的有效性取决于拦截小行星的时间和大小,但可以有效防御直径为数百米的小行星,并且几乎可以消除由这些威胁造成的大规模毁灭性威胁,”卢宾解释。

根据 Lubin 的说法,PI System 可以在地球轨道上,甚至可以安装在月球基地。“与其他减少威胁的方案相比,这种方法代表了一种极具成本效益、可测试和可部署的方法,具有开发和测试的逻辑路线图。将系统预先部署到轨道或月球基地可以快速响应订单如果需要,不到一天的时间,”鲁宾说。

“这种方法的巨大优势在于,它可以在预警时间短的情况下进行终端防御,并在轨道偏转不可行的情况下减轻目标距离,”卢宾说。“即使在撞击前几个小时的拦截时间也能在距离月球很近的地方拦截也是可行的。”

月球有几个固有的优势。一方面,它没有大气层,因此作为观测地球附近小行星环境的基地,它将允许对进入的小行星进行“远程光学/近红外激光雷达探测”。月球的逃逸速度也比地球低,这使得发射更容易且成本更低。

随着时间的推移,从地球发射大型爆炸性撞击器也变得越来越可行。SpaceX 的 Falcon Heavy、NASA 的太空发射系统等重型运载火箭正预示着强大火箭技术的新时代。

Lubin 说,PI 系统只需要在撞击窗口前五个小时就可以摧毁通古斯大事件中物体大小的小行星。该物体的直径可能约为 50 米,并以约 10 兆吨的力量爆炸。它击倒了西伯利亚偏远地区的数百万棵树。如果一个这么大的物体在我们的一个城市上空爆炸,那将是毁灭性的。

当涉及到像 Apophis 这样的大型小行星时,该系统也可以工作。Apophis 将于 2029 年经过地球附近,但不会影响地球。然而,如果它在 2029 年飞越期间通过所谓的“引力钥匙孔”,它可能会被轻推到足以在随后的飞越中撞击地球。Apophis直径约370米,产量约4千兆吨。Lubin 说,他的 PI 系统可以在撞击拦截前 10 天成功摧毁 Apophis 大小的小行星。

看看 Lubin 在多大程度上进一步发展了他的 Pulverize It 小行星防御理念,将会很有趣。美国宇航局于 2021 年 11 月启动了双小行星重定向测试任务。DART 正前往 Didymos 的双小行星系统及其较小的伴星 Dimorphos,该系统围绕 Didymos 运行。

Dimorphos 不在通往地球的轨道上。DART 纯属测试任务,撞击 Dimorphos 会导致双小行星系统的轨迹发生轻微变化。NASA 将在撞击后监控系统,以查看任务是否成功。

但是我们没有理由不能同时开发多个小行星缓解系统。这可能是最谨慎的前进方式。随着我们越来越好地找到所有威胁地球的小行星,我们将为拦截具有超前提前期的小行星做好准备。但是没有一个系统是万无一失的。

开发另一个可以快速启动并在短时间内使用的系统对人类来说是明智的。然后我们可以仰望天空,放松一下。


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