來自小天體的威脅

晴朗的夜晚，我們仰望夜空，就能見到那繁星閃爍，彷彿在對我們訴說著它們身世的秘密。然而在夜空的黑暗處，就在我們居住的太陽系內，有那麼一類數量極其眾多的天體，它們不像遙遠的恆星那樣肆意散發著自己的光輝，因此，人們只能藉助太陽的光芒才能一睹它們的芳容，它們就是太陽系小天體。

在小天體中，大部分流星體質量太小，會在大氣上層燃燒殆盡，一般不具有威脅，但當其到達地面或在地面上層爆炸時可能會造成嚴重的局部破壞。大部分彗星的軌道偏心率很大，大部分軌道段都距離地球較遠，很難觀測，只有當其接近地球的時候才能被發現，這在一定程度上增加了其撞擊的威脅。對地球撞擊威脅最大的還是近地小天體，其軌道和地球軌道相近，終日在地球軌道附近遊盪，撞擊地球的概率非常大，這也是目前小天體威脅研究的主要目標。

小天體的撞擊威脅

在太陽系中，軌道接近地球的小天體統稱為近地小天體（NEO），從定義上來說，NEO的軌道半長徑要小於1.3天文單位。近地小天體按照小天體的分類方法可分為三類：近地小行星（NEA），近地彗星（NEC），流星體。其中數量最多的就是近地小行星。如圖1所示，近地小行星可根據軌道分為四類：阿莫爾型（Amor），近日點在1.02～1.3天文單位；阿波羅型（Apollo），半長軸大於等於1.0天文單位，近日點小於等於1.02天文單位；阿登型（Aten），半長軸小於1.0天文單位，遠日點大於等於1.0167天文單位；地內型（inner Earth objects IEO；也稱為 apohele 小行星或 atira 小行星），遠日點小於等於0.983天文單位。

圖1　近地小行星的軌道類型，表格內的數據根據 MPC 2017年3月公布數據計算而得，隨著發現數目的增多，會有變化

在近地小天體中，有撞擊地球風險的小行星或彗星被稱作潛在威脅目標（potentially hazardous object PHO），對其分類的依據標準是：和地球的最小軌道交會距離（minimum orbit intersection distance，MOID）小於0.05天文單位，平均直徑大於150米（對應視星等犎＜22，反照率假設為13％）。滿足此條件的小天體撞擊地球足以引起人類歷史上前所未有的區域性災難或超級海嘯。截至2017年3月上旬，根據小天體中心的最新發布數據，目前已經發現了15422顆近地小行星，其中直徑超過1千米的有874顆，潛在威脅小行星（PHA）有1765顆，此外還發現了107顆近地彗星。大部分發現的PHA 都屬於阿波羅型，只有很小一部分屬於阿登型。圖2顯示了所有PHA 的軌道投影到地球軌道平面的情形，從圖中可以看出，當空間尺度被縮小後，地球所處的空間環境還是很兇險的。

圖2　NASA繪製的所有已知的潛在威脅小天體的軌道選用的PHA數據的日期是2013年初。圖中的圓環從內向外分別是水星，金星，地球，火星和木星的軌道

在類地行星及其衛星上，人們也觀測到了大量的撞擊坑，這證明了在太陽系內撞擊事件是普遍存在的。地球的鄰居月球上也分布著大大小小、密密麻麻的撞擊坑（圖3）。由於月球上不存在明顯的風蝕和地質活動，這些撞擊坑也為我們留下了很好的樣本。

圖3　月球地貌，可以看到上面密集的撞擊坑

圖4　不同大小小行星撞擊地球的頻率左圖為等效直徑在100米以下的撞擊頻率，右圖包含了所有直徑1千米以下的小天體碰撞頻率

如圖4所示。可以看到小天體撞擊地球的頻率和大小之間大致呈現對數關係，並且尺寸越小撞擊地球的頻率越高，而小尺寸的往往還難以觀測，這更進一步增加了其威脅性。從圖中可以看出對於通古斯爆炸，是由直徑50米左右的小行星撞擊造成的，可以看到其發生頻率約每500年一次。

以上只是從小行星軌道的角度闡述了其對地球的撞擊威脅，除此以外，還要充分了解小行星撞擊地球的後果。

小天體的撞擊災害

小天體抵達地球後，造成傷害的主要途徑有兩種：空中爆炸和地面撞擊，這兩種途徑都是小天體攜帶的巨大動能在短時間內的急劇釋放，威力巨大。空中爆炸是絕大部分流星體抵達地球後的結果，但由於其發生在高層大氣，衝擊波到達地面已經極其微弱，所以幾乎沒有造成危害。但有時也會有例外，當空中爆炸的高度很低，比如2013年俄羅斯的車州爆炸，就會對地面產生危害。地面撞擊即通常所說的隕石撞擊，有時在其到達地面前也會伴隨著劇烈的空中爆炸。

本文摘編自徐波，雷漢倫編著《探測小天體》第一章，內容有刪減。

探測小天體

徐波，雷漢倫 編著

責任編輯：錢　俊　周　涵

北京：科學出版社 2018.01

ISBN 9787030557797

《探測小天體》首先介紹了小天體的觀測歷史，解釋了小天體的命名規則，闡述了小天體的分類規則，回答了小天體的起源與演化等問題，並介紹了小天體的物理化學性質和太陽系內知名小天體與矮行星；然後依照任務的完成階段，系統地介紹了小天體探測任務，並對人類歷史上大多數小天體探測任務進行了匯總；最後闡述了小天體對地球的潛在威脅，並給出了多種小天體防禦方案。

（本期編輯：安 靜）

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