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美国耗资3亿美元撞击小行星,是为拯救人类还是一场科技秀?

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王骜蓝Lv.6 显示全部楼层 发表于 2023-2-24 03:12:48 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
人类出现之前,恐龙曾经统治地球达几亿年之久。但在约莫6600万年前,一颗直径约10公里的小行星以每秒20公里的速率落在墨西哥湾,剧烈的撞击力瞬间制造了一个直径100公里、深约30公里的巨坑,有多达25万亿吨的岩石被抛向太空。这些岩石在落回地面的过程中在大气层里摩擦、燃烧,变成一个个火球,点燃了全世界的森林,地球被尘埃包裹,阳光照不进来,温度骤降。75%的动植物因此灭尽,恐龙们冻饿而死,只剩下极少数变成了今天的鸟和鸡。
小行星撞击地球使恐龙灭尽
我们的太阳系不但有8大行星和它们的卫星,在众多的太空中另有数以亿计大巨细小的石块和“碎石堆”,天文学字把它们称为“小行星”。
与地球一样,小行星们也绕着太阳运行,偶尔它们会受行星引力的扰动改变自己的轨道,另有一些会与地球轨道发生交会,以致变成流星砸到地面上来。
地球周围有许多小行星
地球大气层很稠密,大多数流星会在与空气摩擦的过程中发热、剧烈燃烧,最后化为灰烬。但当流星比较大,比如说直径到达20米,或者由不易崩解的铁质构成,它就会对地面造成非常大的粉碎。
到现在为止,科学家们已经发现超过29000个有埋伏威胁的近地天体,它们的直径都超过140米,其中878颗直径大于1公里。这些天体都受到严密监控,由于它们一旦掉下来就有可能对一座都会、一个国家以致地球上的大多数生物造成灭顶之灾。
近地天体时刻威胁我们的生存
与恐龙差别,人类不会坐以待毙。科学家不仅能观察到小行星,还能准确计算这些不速之客的运行轨道、它们接近地球的时间,判断其撞击地球的可能性。
当我们意识到某一颗小行星未来可能对地球造成巨大粉碎时,就会想办法摧毁它,或者让它偏转轨道。这被称为“行星防御筹划”。
我们也有“行星防御筹划”
对于“拯救地球”的方法,科学界不停都存在争议。有人建议向小行星发射导弹,用核弹头将其炸碎,即便炸不碎也能改变其飞行轨道;有人认为可以给小行星装上发动机,通过持久的推力把它推开;另有人说炸和推都不能办理问题,还是撞击最省事。
到底用什么办法最好呢?
一些近地天体看起来直径达几百米,实在它们是由许多巨细石块和粉尘聚积而成的“碎石堆”。它内部的压力不敷以令其密实,放射性元素衰变产生的热能又散失得很快,不能像行星那样熔融成一个团体。假如我们在它的外貌引爆核弹,爆炸的大部门能量会被碎石堆吸取、减弱,然后在万有引力的作用下,那些散开的石块又会重新聚到一起,变身为一颗带有核辐射的小行星。
核弹摧毁小行星不靠谱
给小行星装上火箭喷气发动机,像“流浪地球”那样将其推走,这个主意听起来不错。然而大部门小天体在运行的同时还存在自旋,它的形状不规则,外貌起伏不平,很难包管火箭发动机始终朝我们想要的方向喷气,所以通过“逐步推”的办法把天体推离地球轨道,实施起来难度非常大。
1996年,美国天文学家观察到一颗直径达0.8公里的近地天体(65803),2003年,捷克科学院的天文台发现65803实在另有一颗“卫星”,由于这颗卫星匀称直径到达170米,因此科学家将这个双星体系命名为“迪迪莫斯”Didymos,希腊语是“双胞胎”,“弟弟”被称为“迪莫夫斯”Dimorphos。
“飞镖”撞击小行星“双胞胎”
“双胞胎弟弟”围绕着“哥哥”旋转,它的公转周期约为11小时55分钟,于是美国宇航局NASA的科学家就想发射一个航天器去撞击它,通过观察“迪莫夫斯”公转周期的变化情况,来判断撞击的效果,但撞击险些不会对“双胞胎哥哥”造成影响。
NASA的航天器名为“双小行星重定向测试”(英文缩写DART,“飞镖”),总投资3.13亿美元。现实上“飞镖”的告急部门就是一个610公斤重的撞击器,撞击器上除了导航体系、通信体系、推进体系和一个照相机外没有其它科学装备。科学家通过计算后认为“飞镖”假如顺着“迪莫夫斯”的公转方向碰撞,可以使其公转周期加快10分钟,反之则变慢10分钟。
与小行星相比,DART微不敷道
“迪莫夫斯”质量约50亿千克,它跟一座体育场差不多大;“飞镖”撞击器在碰撞前的质量仅500千克,1.8米见方,用它来撞击小行星很有点蚍蜉撼大树的感觉。
然而只要撞击器飞行速率够快,它的动能就会很高,当这个动能转达给小行星时,还是可以稍稍改变小行星的飞行速率。NASA实在不需要费钱,仅通过计算就能能知道碰撞会产生什么效果。
明知道效果的变乱,明知道撞击不会改变小行星“65803”的飞行轨迹,为什么还要耗费巨资去做呢?
由于轨道计算的效果是科学,对准目标实施碰撞是技能,科学与技能相联合才是生产力,才是一国科技实力的体现。
“飞镖”准确掷中目标
“飞镖”从发射到撞击总共花了10个月的时间,撞击地点间隔地球约1100万公里,现实上航天器飞行的间隔远超于此。在“飞镖”从发射到飞行的整个过程中都陪同着准确遥测技能、轨道计算和飞行控制,但凡任何一个环节出现微小疏失,“飞镖”都不可能掷中目标。
“飞镖”(粉色)与小行星(绿色)飞行轨迹
考虑到远间隔信号传输延时,“飞镖”在飞行的最后4个小时里需要完全自主飞行。又由于轨道控制发动机启动会使长长的太阳翼振动,进而导致摄像画面含糊,因此碰撞前几分钟不能打开发动机做轨道修正,时机只有一次,航天器需要瞄得非常准才气正中靶心。
那么NASA的“飞镖”撞击技能真的可以或许在未来拯救人类吗?
理论上讲,只要我们对近地天体发现得足够早,哪怕是对目标的速率或飞行角度有丝毫改变,都足以影响到它的运动轨迹,使之最终与地球擦身而过。从这个角度看,人类的任何一次实验都具有重大意义,是值得肯定的。


参考资料及图片来源:
SPACE.com:“nasa dart asteroid impact planetary defense success”
维基百科:奇克苏鲁伯陨石坑,近地天体,(65803) Didymos,Dimorphos,Double Asteroid Redirection Test
#美国宇宙飞船乐成撞击小行星#
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