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陳藍:小行星防御計劃,中美的差距在哪、是否有望合作?
最后更新: 2023-04-06 09:35:44已發(fā)現(xiàn)小行星的精確定軌和特性測量則依靠亞利桑那大學的Spacewatch等5家研究機構(gòu)的多臺光學望遠鏡及三臺行星雷達。這三臺雷達是:噴氣推進實驗室行星雷達、加州70米直徑的金石太陽系雷達、波多黎各305米直徑的阿雷西博射電望遠鏡(已倒塌)。NASA的深空測控網(wǎng)的天線有時也參與小行星觀察。
圖7:金石太陽系雷達(圖源:NASA)
美國沒有發(fā)射過專用的近地小行星監(jiān)測衛(wèi)星。但在2013年,NASA的寬視場紅外勘測探測器(WISE)因制冷用氫耗盡無法進行既定的天體物理探測,于是便改變用途,用余下的兩臺設備專門用于近地小行星研究。它被重新命名為NEOWISE。至今它已對近1500個近地天體進行了觀察。它和加拿大的NEOSSat是目前太空中僅有的兩個近地小行星監(jiān)測衛(wèi)星。由于NEOWISE的軌道不斷下降,美國計劃在2026年發(fā)射它的繼任者“近地天體勘測者”。
自上世紀90年代以來,美國已經(jīng)執(zhí)行多次小天體探測任務。2005年7月4日,NASA“深度撞擊”彗星探測器釋放的“撞擊器”撞向坦普爾一號彗星的慧核。探測器拍攝了撞擊過程,獲取了寶貴的數(shù)據(jù)。這是人類航天器首次撞擊小天體。雖然撞擊目的不是要改變慧核軌道,但獲取的數(shù)據(jù)對探索行星防御仍有重要意義。這次撞擊在科學界和公眾影響很大。相信它也對NASA后來的小行星防御計劃產(chǎn)生了影響。
奧巴馬執(zhí)政后,布什時期重返月球的星座計劃被取消。小行星成為新的載人飛行目的地。在最初的載人登陸小行星計劃被否定后,NASA制定了一個雄心勃勃的“小行星重定向任務”(ARM),立項理由之一就是試驗小行星防御技術。它要求一個無人航天器飛向一顆小行星,抓取它后再把它送到地月空間。然后發(fā)射載人飛船到這個小行星,由宇航員對小行星進行實地研究并采集樣本帶回地球。
不過,這個目標超過了NASA的實際能力,抓取的目標最后改成了小行星上的一塊大石頭。這樣依舊能測試和演示很多小行星防御技術,比如小行星抓取、引力拖拽技術等。即便如此,它在技術和財政上依然存在很多問題。2017年,特朗普一上臺就取消了這個ARM計劃。
2016年,美國成立了行星防御協(xié)調(diào)辦公室,負責行星防御長期目標的制定和執(zhí)行,以及各機構(gòu)和政府間的協(xié)調(diào)。“雙小行星重定向測試任務”(DART)便是它實施的最重要的項目。2022年9月26日,總重570公斤的DART航天器以6.6公里/秒的速度成功撞擊160米直徑的小行星“迪莫弗斯(Dimorphos)”,使其圍繞另一個小行星“迪迪莫斯(Didymos)”的軌道周期縮短了32分鐘,大大高于預期(10分鐘)。
圖8:DART任務示意圖(右上角為意大利伴星所拍撞擊前后圖像,可見遠處的迪莫弗斯亮度急劇變化)(圖源:NASA/ASI)
2023年3月1日《自然》雜志的論文給出了更多細節(jié)。撞擊后小行星速度改變了2.7毫米/秒。撞擊噴出物質(zhì)的作用使動量增強了3.6倍。這是個令人鼓舞的結(jié)論。不過,其圍繞的小行星質(zhì)量和引力完全無法和地球相比。撞擊產(chǎn)生的每秒毫米級的速度增量對改變沖向地球的小行星軌道可能無足輕重。行星防御依然任重道遠。
必須承認,美國在近地小行星監(jiān)測預警方面仍然擁有全球主導地位。作為唯一實施過太空實地試驗的國家,美國的行星防御技術也遙遙領先。不過,它的后續(xù)計劃似乎有點青黃不接。除了2026年的“近地天體勘測者”,NASA目前還沒有公布其他相關的計劃。
中美合作,人類之福
展望一下,到這個十年末,中國天基近地天體監(jiān)測預警能力很可能會超過美國,而美國的地基監(jiān)測能力和近地小行星領域的話語權將依然強大。在行星防御方面,中國計劃進行的小行星防御試驗可望追上DART的水平,甚至略有超出。更先進的行星防御技術(比如核能方案)對雙方都是更大的挑戰(zhàn)。
行星防御關乎全人類共同利益,是人類共有事業(yè)。無論監(jiān)測預警還是主動防御,都要消耗巨大的資源,也許只有中美兩個大國才有能力負擔。如果兩國能攜手合作,合理分配資源、取長補短、協(xié)調(diào)行動,那定是人類之福。
而且,合作的空間很大。在監(jiān)測預警方面,需要覆蓋不同空間區(qū)域和時段,對不同來襲角度的小行星進行不間斷監(jiān)測。兩國可以以區(qū)域和時段分工,針對普查(光學)和詳查(雷達),部署多個地基和天基監(jiān)測系統(tǒng),集成在一起就是一個高效而完備的全球性系統(tǒng)。
行星防御方面,真正對地球有重大威脅的小行星質(zhì)量巨大,DART級別的動能撞擊器沒有實用意義??赡苄枰l(fā)射大量(數(shù)以百計甚至更多)的重型撞擊器。兩國必須目標一致、統(tǒng)一行動。這是發(fā)揮中美經(jīng)濟和航天實力的時候。我們應該停下爭論和對抗,盡其所能,攜手保護地球、拯救人類。
聯(lián)合國已經(jīng)建立了近地小行星監(jiān)測預警組(IAWN)和空間任務規(guī)劃咨詢組(SMPAG),它們應該成為合作的平臺。以中美為核心,其他國家也可以參與進來,承擔適合的職責。在小行星撞擊這樣一個全球性災難來臨時,全球合作可能是唯一的選擇。
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