挪开小行星:科学家欲拉近太空岩石便于研究

2014年07月10日 15:34   新浪科技    收藏本文     

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  文字 James Vlahos 图片 Jan Willem Tulp

  巨大的太空岩石从地球旁边呼啸而过,其规律程度令人吃惊。一些科学家想偏转它们运动的方向,另一些则想把它们拉近一点。

  Marco Tantardini在整个2010年都沉浸于对小行星的梦想中。这个留着大胡子的意大利人穿着黑色皮夹克,骑着摩托车,看起来更像是晚年的海明威,而不是一个痴迷太空的死板书呆子。他曾在行星学会和美国航空航天局(NASA)实习,但实习期已经结束了。他拿到了太空工程学的硕士学位,但没去找一份传统的工作,而是回到了父母位于意大利小镇克莱莫纳的房子。坐在从小长大做功课的房间里,他草拟了一个捕捉小行星的计划。他把这个计划称为“西绪福斯的胜利”,他相信这将是人类太空探索的下一个巨大飞跃。

  不同于希腊神话中的西绪福斯——那个被罚永无休止地把巨石推上山,再看着巨石滚落的可怜人,Tantardini研究的是一种可以成功地在太空中移动巨大岩石的办法。他设想发射一艘飞船,航行若干年后拦截到一个直径10米或10米以下的小型小行星。飞船可以俘获这颗小行星,可能是用一张大网,然后把它送到靠近地球的稳定轨道位置上。让这块岩石停留在飞船用4天就能抵达的地方,航天员将会第一次得到访问、研究甚至接触一颗小行星的机会。

  就其本身而言,他的设想听起来是堂吉诃德式的,是一个失业梦想家的不可能实现的追求。但是,许多功成名就的科学家和工程师也都在忙着筹划类似的计划。NASA计划在2016年发射OSIRIS-Rex,这个自动探测器将会前往一个叫做贝努(Bennu)的直径500米的小行星,采集土壤和碎石,并把样本送回地球。美国总统奥巴马也承诺将会在2025年派航天员完成类似的工作。有几个团队正在努力设计能够探测危险的小行星,并在它们撞击地球前进行拦截的飞船。还有两组被价值数十亿美元的潜在矿物吸引的企业家,最近组建了小行星矿业公司。新兴产业领域的硅谷投资人K. Ram Shriram说,他从中看到了类似于Google公司早期的潜力。

  不过,所有的这些计划中,搬迁小行星带来的回报可能是最丰厚的。但是要找到一个合适的目标,天文学家必须得更加努力地搜索小行星,这对于那些关心行星防卫的人来说是一个福音。而把小行星放置在地球附近,对于科学家和采矿者都非常有利,这使得他们可以近距离研究它。当Tantardini带来他的“西绪福斯的胜利”计划时,正是促使空间科学界追逐一个极富野心的目标的合适时机。对这个计划取得的进展甚至让他自己感到惊讶。“当你尝试某件类似事情的时候,不要去想它有多么的不可能,”他说,“你只要坚信自己的想法就是了。”

最早在2018年,阿特拉斯5型火箭会把一艘自动捕捉飞船发射到低地轨道上。这艘飞船的40千瓦太阳能电推动系统将会把它推动到高地轨道上。在那里,月球重力的辅助会为其加速,让它飞向目标小行星:一块重500吨的岩石。  最早在2018年,阿特拉斯5型火箭会把一艘自动捕捉飞船发射到低地轨道上。这艘飞船的40千瓦太阳能电推动系统将会把它推动到高地轨道上。在那里,月球重力的辅助会为其加速,让它飞向目标小行星:一块重500吨的岩石。
4年后,飞船会最终接近目标,当它与目标的距离到了50米之内时,它会释放出充气的外骨骼,展开一个用高强度织物制成的圆柱形捕捉袋。  4年后,飞船会最终接近目标,当它与目标的距离到了50米之内时,它会释放出充气的外骨骼,展开一个用高强度织物制成的圆柱形捕捉袋。

  车里雅宾斯克是俄罗斯西部的一个大城市,直到去年2月15日之前,这里最出名的东西是拖拉机和职业冰球选手。而在那一天,一颗直径19米的流星尖啸着划过天空,并在空中爆炸,爆炸的威力相当于500吨TNT炸药。陨石制造出的火球比太阳还要亮好几倍,甚至晒伤了人的皮肤。冲击波粉碎了很多玻璃,把许多当地居民吹翻在地,导致1200多人受伤。这颗陨石是一个多世纪以来最大的一颗撞击地球的天体,而且科学家并没有发现它的到来。相反,他们一直专注于一颗更大的小行星,直径45米的2012DA14。在同一天,这颗小行星从地球旁边接近30000千米处呼啸而过,它和地球的距离只有地月距离的1/10。

  这个事件冷酷地提醒我们,人类生活在暴风雪之中,一场飞舞着大小从几米到上百千米,形状好似球、土豆和保龄球瓶,由岩石、大块矿物和金属形成的暴风雪。作为NASA的杰出小行星猎手,Don Yeomans解释说,这些岩石是内太阳系在46亿年前形成时留下的未能聚集成为行星的边角料。

  来到我们的行星周围4500万千米范围内的小行星被称为近地小天体,或者NEO。这样的小行星有几百万颗,其中大部分来自火星和木星之间的主小行星带。虽然它们有偶尔撞击一次地球的习惯—在6500万年前灭绝了恐龙,在1908年荡平了西伯利亚2000平方千米的森林,但直到最近,只有很少的NEO的身份得到了确认。天文学家在1898年发现了第一个,爱神星(Eros),而到了1960年,他们也才又发现了另外19个。直到20世纪90年代末,随着数字成像和计算机辅助搜索的出现,探测到的NEO的数量才开始真正地上升现在的搜索程序每周可以找到20个左右的NEO。天文学家曾在去年6月庆祝找到了第1万个。

  据估计,大到足以毁灭人类文明的,也就是直径在1千米以上的NEO,大约有950个,而天文学家已经找到了其中的90%。不幸的是,在预计数量大约为15000个的直径140米等级的NEO中,他们只留意到了其中的40%,而其中任何一个都能荡平一座大都市。而总数超过50万的直径30米或更小的小行星,只有1%被登录在案,而它们中有很多都能摧毁一座城市。正如NASA近地小天体项目办公室的科学家Paul Chodas经常说的那样:“这就像是一个射击场,而我们就在射击场中间。”

  即使是在相对来说并没察觉到危险的天文学无知时期,人们就已经意识到我们需要一个强有力的行星防卫计划。1967年,麻省理工的学生在完成一门课的研究课题时,设计了第一个方案。课题的要求是制止一个直径640米的天体对地球的撞击(假想的),学生们制定的方案是用6颗核弹的顺序打击来摧毁或偏转这个天体。不过,炸毁一块大岩石,可能只是简单地让它碎裂成许多较小的危险天体,目标仍然是地球—把单颗子弹换成了散弹枪的射击。

  在NASA超过60万美元的资金的支持下,艾奥瓦州立大学小行星偏转研究中心主任Bong Wie最近开发了另一种更为巧妙的方法。他的计划是先用一艘飞船在小行星撞出一个弹坑,然后让第二艘携带核弹的宇宙飞船继续撞击。模拟显示,这种策略的破坏力要大10到20倍,把岩石粉碎成无害的碎片的机会更大。其他专家提出了一些不那么暴力的手段。得克萨斯州农工大学的航空航天工程师David Hyland建议在小行星上“涂上”明或暗的条纹。条纹会改变小行星的反射率,从而让热辐射发出的光子微妙地改变它的路径。苏格兰斯特拉思克莱德大学和格拉斯哥大学的研究者设计了一个计划,用几个他们称为“激光蜜蜂”的小型飞船包围陨石。每个都用一束激光照射陨石表面,制造出一股气流,就像火箭发动机喷射的气体,这肯定可以推动小行星。但即使最聪明的防御,对那些尚未发现的小行星也是没用的。“我们这些地球人基本上就是闭着眼睛在太阳系中飞行。”前NASA航天员Ed Lu去年这样告诉美国国会。地面望远镜必须穿过大气的阴霾,而且只能在晚上进行搜索。与此同时,空间设备,往往是设计用来扫描远在太阳系之外的宇宙片段的。最适合用来狩猎小行星的仪器是WISE空间望远镜,它原本的设计目的是拍摄整个天空,包括恒星和星系在内。它最近被重新激活,开始一项为期3年的任务,专门搜索NEO;它的4个红外传感器中已经有两个失灵了。

  为了帮助弥补它所认为的一处明显的技术差距,B612基金会(以名著《小王子》中小王子居住的小行星命名)正与Ball航天技术公司合作建造一个私人投资的空间望远镜,有望在2018年发射。此项目名为“哨兵”空间望远镜计划,它将会以类似金星的轨道飞行,其红外传感器将搜索小行星辐射太阳能而发出的微弱信号。“‘哨兵’的效率相当于其他观测系统加起来的100倍。”B612的创始人之一Lu说。

  今年到目前为止,该组织只筹集到了发射和运行“哨兵”所需要的4.5亿美元中的2000万美元。虽然4.5亿美元不是小钱,但Lu指出其成本就相当于中等的民政建设项目。例如,得克萨斯州农工大学翻修橄榄球场花掉的钱,就可以让科学家把一个拯救人类文明的眼睛发射到太空中。“有许多人说,‘我不知道过去100年里有谁是被一颗小行星杀死的,所以我也不需要担心它’。”他说。但他把这些人与拉斯维加斯的赌徒比较,“赔率就是那么高,在某个时刻庄家总会取胜的。”

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文章关键词: 小行星轨道采样

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