光明图片/视觉中国
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位于青海冷湖的墨子巡天望远镜。新华社发
在日前举行的第三届深空探测天都国际会议上，中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁宣布，中国正在规划对一颗小行星实施动能撞击演示验证任务，以验证小行星防御方案可行性。“一石激起千层浪”，大家热烈讨论开来：宇宙这么大，为什么地球不能与近地小行星“各自安好”？人类又该怎样防御那些“不怀好意”的近地小行星？
主动防御是应对小行星威胁的生存之道
小行星是指轨道环绕太阳运行，体积和质量比行星和矮行星小，并且不易释放出气体和尘埃的小天体。太阳系中有数十亿颗小行星，根据公转轨道分布，主要分为近地小行星、主带小行星、特洛伊天体、半人马天体和海外天体等。其中，轨道近日点距离在1.3天文单位（1天文单位为日地平均距离）以内的小行星被称为近地小行星，截至2025年3月，人类已发现近地小行星38048颗，它们的运动轨道易受大行星牵引而改变，并可能撞击地球，是太阳系内对地球最具潜在威胁的天体之一。
在地球历史上，近地小行星撞击地球事件频发。有科学家推测，地球上发生过22次不同程度的生物灭绝事件，至少10次是由小行星撞击地球所致。例如，科学界普遍认为，6500万年前一颗落在墨西哥尤卡坦半岛的近地小行星，导致了地球上约75%的物种灭绝，其中也包括当时的“地球霸主”——恐龙。
1908年6月30日，一颗直径约50米的小行星在西伯利亚通古斯河上空爆炸，2000多平方公里的森林被焚毁；2013年，俄罗斯车里雅宾斯克上空一颗直径约17米的小行星爆炸，冲击波导致近1500人受伤，3000栋房屋受损；今年9月3日晚，近地小行星2025QD8从距离地球仅21万公里处，“耀武扬威”地飞驰而过……
近地小行星的“罪行”可谓罄竹难书，但这似乎与我们的直观感受存在明显差异：如此高的撞击频率，为何撞击痕迹却鲜有见到？
事实上，大部分“天外来客”会在大气层中烧毁，少部分撞击地表的“证据”，还会被地球板块运动、海洋占比或生命活动等因素掩盖。比如，加拿大“魁北克之眼”源于2亿多年前的一次巨大撞击，经长期侵蚀作用，演变为如今直径约70公里的环形湖，早已不复当年陨石坑的模样。
相关统计显示，直径超过1000米的大型小行星撞击事件发生概率较低，目前尚未发现可能撞击地球的此类小行星；直径10米以下的小行星撞击事件虽然频发，但大部分无法穿越地球大气“防护罩”。因此，直径10~1000米的近地小行星是需要应对防范的重点对象，特别是直径140米以上，且与地球最小交会距离在0.05天文单位（约750万千米）以内的小行星是防御的主要目标。
“高破坏性撞击事件，概率极小，但危害极大。”吴伟仁说，只要持续提升监测预警能力，就可以对近地小行星的撞击时间、落点、危害程度进行相对准确的提前预报。再通过采取多手段在轨处置，形成主动防御能力，就可以完全避免或显著降低撞击造成的损失。
此外，开展小行星防御工作，需要解决天文学、数学、物理学、力学、地学、信息科学、控制科学、航空宇航科学、法学等领域的基础科学与关键技术问题，这将有效提升相关领域的科学技术水平并形成体系能力。比如，我国天问二号探测器就在暗弱小行星目标捕获与自主交会、弱引力小行星近距离探测自主导航、弱引力小天体表面可靠附着与固定、在轨目标特性反演与三维重构、复杂任务模式的探测器自主管理等方面完成了关键技术突破，成为牵引新型空间技术发展的先行者。
构建天地一体化协同监测预警体系
2024年9月5日凌晨，直径约1.2米、编号为2024RW1的小行星划破静谧的星空，以约20千米/秒的速度闯入地球大气层，在菲律宾北部距离地面25公里处解体爆炸，未对当地人生活造成大的影响。它不知道的是，来自美国、中国、智利、澳大利亚等国多个天文台的望远镜，完整记录了它生命中最后10多个小时的“流浪轨迹”，并准确预报了其撞击时间和位置。
这是人类第9次成功预警小行星撞击地球事件，也是中国监测网首次实现对预警小行星的接力追踪观测。
构建全方位的近地小行星防御，监测预警体系是基础和前提，主要涉及3方面工作，一是近地小行星编目，通过天基、地基监测设备，发现新的小行星，进行定轨编目；二是威胁预警，对编目中有一定威胁的小行星，开展精密跟踪，获取精确轨道参数等信息，评估撞击风险和危害程度；三是短期预报，对即将在近距离掠过地球、撞击概率较高的小行星，进行精密跟踪测量，持续预报撞击区域。
我国自2018年正式加入国际小行星预警网和空间飞行任务规划咨询小组以来，以紫金山天文台1.04米口径望远镜作为主干设备，对超过1300个近地小行星进行了观测，新发现30多颗近地小行星。此外，冷湖2.5米大视场巡天望远镜、兴隆2.16米、丽江2.4米和1.8米望远镜，均具备小行星观测能力，“中国复眼”规划建设25部30米孔径雷达，建成后将具备对千万公里外小行星的探测与高精度成像能力。
“我国已形成常态化巡天能力，初步形成多口径搭配、多功能结合、高效协同的地基监测网。”吴伟仁表示。
据了解，目前，美国构建了地基为主、天基补充的近地小行星监测网络，结构最为完整，以11台专用地面光学望远镜和其他兼用的地基、天基平台，每年新发现大量近地小行星，制作发布数据库，提供了98%的国际共享小行星编目数据。欧空局在2013年成立行星防御办公室，组织开展近地小行星监测、数据处理、在轨处置等技术研究。俄罗斯现有9台专用望远镜，为小行星监测预警贡献重要力量。
显然，在全球范围内，地基监测预警系统仍是当前的骨干设备，但地基观测存在太阳侧观测盲区、有效观测时间短、易受干扰等缺陷，无法实现全天域、全天时监测预警。
“相比之下，天基监测预警系统具有监测范围广、追踪手段多样、轨道预测准确等技术优势，能够弥补地基监测系统的固有缺陷，成为当前各国重点建设方向。”吴伟仁直言，天基监测预警系统也存在成本高、在轨维护困难、有效载荷配置单一等制约因素。
据介绍，目前，专用于小行星监测的天基平台较少，只有加拿大的近地目标监视卫星，且没有形成监测网络。但部分国家使用空间望远镜或探测器开展小行星观测活动，如美国的广域红外探测器、欧空局的盖亚探测器、日本的光卫星等，我国嫦娥二号探测器飞越并获取了“对地球有潜在威胁”的图塔蒂斯小行星的清晰图像，这些都起到了很好的补充作用。
形成多技术互补的在轨处置能力
今年初，伴随编号2024 YR4的小行星撞击地球概率的剧烈变化，很多人也经历了“过山车”般的心情波动。
1%，2.3%，3.1%……撞击概率飙升！观测数据显示，2024 YR4正朝地球而来，据美国国家航空航天局（NASA）“哨兵”系统估算，这颗直径40~90米的“大块头”撞击地球的速度或达17.32公里/秒，释放的能量约为770万吨TNT当量，相当于500颗广岛原子弹。随后形势极速翻转，新的观测数据表明，2024YR4撞击地球概率很快降至0.004%，但其在2032年12月22日撞击月球的概率却升至1.7%。
长舒一口气的人们不禁要问，如果2024YR4真的撞击地球，人类有能力防御它吗?
2022年9月，NASA成功实施“双小行星重定向测试”任务，利用航天器撞击名为“迪莫弗斯”的近地小行星，成功将其绕行另一颗小行星“迪迪莫斯”的轨道周期缩短了约33分钟，后续观测研究发现，这次撞击不仅改变了小行星的轨道，甚至改变了其形状。此次撞击成功验证了动能撞击防御小行星技术。
科学家设想了更多小行星在轨处置手段：利用核爆炸直接摧毁小行星，给小行星安装火箭发动机推离其轨道，利用高能激光灼烧小行星形成喷流改变其轨道，给小行星“喷漆”改变其发射率和热惯量、利用太阳光压改变其轨道，用航天器抓取一颗较小的小行星、借力打力“砸”向目标小行星……
这场想象力的“盛宴”主要围绕两条思路展开，一是将小行星推离预测或原本轨道，使其不能与地球相撞；二是将小行星分解成在地球大气层中可以燃烧殆尽的无害碎片。截至目前，除动能撞击外，其他处置手段均处于构想阶段，尚未得到验证。
吴伟仁介绍，我国将在2027年前后实施小行星在轨处置演示验证任务，首次动能撞击任务主要实现三大目标：一是成功改变目标小行星的轨道；二是对撞击过程进行全程观测，获取撞击瞬间的速度、能量传递等关键数据；三是在撞击后，对小行星的轨道变化、形貌等进行持续观测，评估撞击效果。
基于撞击后不会对地球产生威胁、撞击前后的观测窗口、任务发射窗口等条件，我国将小行星撞击目标初步选定为近地小行星2015XF261，其距离地球约1000万公里，直径约35.5米，是完美的实验对象。
“具体而言，动能撞击要使其产生3到5厘米每秒的速度增量，以期改变其原有轨道，验证动能撞击的可行性，且验证在100年内无撞击地球风险。”吴伟仁介绍，未来，我国将构建小行星探测与防御综合服务系统，形成“动能撞击为主、多技术互补”的处置能力，建立近地小行星防御任务库，实现“发现即有预案、风险即能应对”。
小行星撞击是全人类共同面临的潜在威胁，站在守卫地球安全与人类延续的角度来看，构建小行星防御能力，是全人类共同的任务。“中国作为负责任的航天大国，有责任、有义务、有能力贡献中国智慧、发挥中国力量，系统构建小行星探测与防御体系，和世界一起守卫我们的地球家园。”吴伟仁说。
（本报记者 崔兴毅）
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