漫談對小行星變軌

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漫談對小行星變軌

 

南伊，2022年9月27日，周二

 

昨天，美國宇航局的科學家們幹了一件大事，在距離地球 680 萬英裏（1100 萬公裏）處，遙控一個航天器撞向了一顆小行星。這個項目被稱為“雙小行星改道測試”（DART - Double Asteroid Redirection Test），是人類曆史上首次對小行星進行的變軌測試，意義非凡。

這顆小行星距地球很遙遠，直徑約為 525 英尺，重約 480 萬噸，對地球並沒有威脅。用一顆小而輕的航天器去撞擊大而重的小行星，就像以卵擊石，對小行星運行軌道的改變微乎其微。據說這個 570 公斤重的航天器以每秒 6.6 公裏的速度撞擊小行星，估計能讓小行星的時速降低 1.5 米，從而讓它圍繞另一顆大行星飛行一圈的時間減少大約 5 分鍾。但是，萬事開頭難，這是人類首次人為幹預小行星的飛行軌跡，為保衛地球免受隕石打擊邁出了萬裏長征的第一步。

如果太空隕石或者小行星撞上地球，就會給人類造成巨大災難，小到毀滅一個城市，大到摧毀整個人類。在六千萬年前，就有一顆直徑十公裏的小行星撞上地球，造成恐龍滅絕，地球上 75% 的動植物死亡。在距離我們並不遙遠的 2013 年 2 月 15 日，一個直徑約 20 米、重約一萬噸的隕石在俄羅斯烏拉爾聯邦管區車裏雅賓斯克市上空爆炸，造成幾千人受傷。太空隕石對地球的撞擊是對人類實實在在的威脅，預防並阻止這樣的災難應該是人類共同的任務。美國宇航局這次對太空隕石變軌試驗的成功，為人類保護地球免受太空隕石的襲擊開創了先河。這個曆時 7 年、耗資超過 3 億美元的努力取得了初步成功，可喜可賀。美國還製定了規劃，將防禦小行星襲擊地球列為未來十年的重點項目之一。

對太空中的小行星變軌類似於在軍事上的反導彈防禦係統，它的成功依賴於準確預測來襲導彈的飛行軌跡，從而發射反導導彈與來襲導彈迎頭相撞，雙方導彈在高空同歸於盡。可以想象，這種反導彈的難度很大，是真真切切的以動打動，“射擊移動目標”，其難度就像在飛馳的高速火車上用步槍擊中在田野中奔跑的兔子。

從邏輯上分析，對小行星變軌可以有三種辦法，代表地球防禦的三個層次。第一，用高速的人工飛行器去撞擊太空隕石，用自殺攻擊的動能改變小行星的運行軌道，避免它來撞擊地球。這種辦法對小型隕石可能有效，對體積大的小行星很難奏效。

第二種辦法是將大推力火箭發射到小行星上，然後啟動火箭推動小行星改變軌跡。這種方法成功的前提是，這種火箭的推力要足夠強大，部分抵消小行星的慣性。另外，這種方法不僅需要預知小行星的運行軌跡，還要在它上麵精確選擇人工火箭的附著點，從而讓火箭的推力產生最大的效果。

第三種方法是在太空中選擇另一顆小行星，驅使它去撞擊飛向地球的小行星。這種草船借箭、借力打力的方法難度最高，如果成功，它的效果最好。這是巧用中華太極之法：四兩撥千斤，不以拙力勝人的功夫。

近幾年來，人們越來越擔心地球變暖，地球極地的冰川快速融化，地球表麵的白色冰蓋越來越少，急劇減少對太陽光的反射，地球表麵會吸收更多的太陽光熱，進一步加劇溫室效應，造成惡性循環。如果上述第三種“四兩撥千斤”的方法奏效，人類可以用它來控製地球圍繞太陽旋轉軌道的半徑和太陽直射地球的位置來調節改善地球的溫度。地球距離太陽大約 1.5 億公裏，天文學家發現太陽的溫度一直在下降，地球與太陽的距離一直在增加。這樣的變化如果一直持續下去，總有一天地球會脫離太陽，在茫茫宇宙中飄蕩和流浪。人類能逆轉這個過程嗎？

人是世界上最好奇的動物。隻要人類尚存，對宇宙的探索就不會停止。

南伊，2022年9月27日，周二。