天外来客：如何科学防御小行星？

原创人大新闻系 RUC新闻坊

2025年，一颗直径约为40米至100米的小行星2024 YR4在全球引起了广泛关注。根据美国航天局（NASA）的测算，这颗小行星在2032年12月22日撞击地球的概率达到了3.1%。如果这颗大小与足球场相当的小行星真的撞击了地球，会造成区域级的大规模破坏，其威力差不多相当于500颗广岛原子弹。

2024 YR4的危险程度达到了都灵量表（一种用于衡量近地天体撞击地球的潜在危害及可能性的评估量表，按危险程度从小到大分为0至10级）的第3级，成为近二十年来唯一一颗抵达3级门槛的小行星，即“需要天文学家密切关注的撞击风险”。不过，根据最新观测，科学家已经基本排除了2024 YR4撞击地球的风险。

去年12月27日，小行星陆地撞击持续警报系统（ATLAS）智利站首次观测到2024 YR4。当时，通过计算得出的撞击概率约为1%，已经达到了预警标准，因而引起全球多所天文机构的注意。此后它的撞击风险持续上升，在2月18日达到顶峰，直到2月24日降至百分之一以下。

小行星的撞击风险之所以不断变动，源自它们具有高度不确定性，运行轨迹会受到天体引力、太阳辐射等复杂因素的影响，加之观测持续时间较短，获得的轨道参数等数据不足，需要在更长时间的观测中慢慢修正，优化计算方法和建立模型。

2024 YR4：

数万近地小行星中的一个

自2000年至今，科学家已经识别并观测了数万颗近地小行星，并标记了其中具有潜在撞击危险的天体。随着观测数据的积累和观测手段的进步，尽管识别的小行星数量不断增加，但由于风险评估精度的提升，被判定为有潜在撞击风险的天体比例却在减少。

著名的毁神星（99942 Apophis）是一颗直径约为400米的近地小行星，以古埃及破坏、混沌之神阿波菲斯命名。它于2004年被发现，其撞击地球的风险曾达2.7%，当时被科学家认定为史上最危险的小行星。类似的还有“行星杀手”2011 UL21，这颗大小与珠穆朗玛峰相当的近地小行星是近125年发现的最大近地天体，超过了99%已识别的小行星。它们在长期观测中均已被排除了撞击风险。

不过，科学家从未放松警惕。有一类近地小行星被重点标注：其轨道与地球轨道的最小距离小于0.05天文单位（即19.5个地月距离，约750万公里），且自身估计直径大于140米。这些小行星具有较大破坏性，可能对区域环境造成灾难性影响，被称作潜在威胁小行星。2025-2050年间被预估靠近地球的潜在威胁小行星已有34颗。虽然目前没有证据表明其中任何一颗存在撞击风险，但基于天体轨道的复杂性，依旧要对其保持密切关注。

近距离观测小行星不仅能进一步排除意料之外的潜在撞击风险，还能帮助科学家够获得更精准的轨道参数，增加对小行星物理特性的认识，积累宝贵的观测数据。

在数以万计的近地小行星中，并非所有都是“巨无霸”。有相当一部分近地小行星直径小于等于十米，直径达到五十至一百米的是“大块头”，超过一公里的小行星极为少见。

从概率上说，小行星撞击事件并不罕见，尺度为一米左右的小行星每年都会撞击地球。只不过与普遍想象不同的是，大部分小行星会在与大气层的剧烈摩擦中燃烧殆尽，成为耀眼的火流星，而不是直接与地面接触。尺度为十米左右的小行星同样会成为火流星，只不过会更加耀眼。

真正能够撞击地面并留下陨石坑的小行星的一般尺度是五十米左右，一次撞击释放的能量大约为数百个广岛原子弹。就概率而言，这种尺寸的小行星撞击一次地球是百年一遇乃至千年一遇的事件。而尺度上千米的小行星，大概千万年才能遇到一次。这种“巨无霸”一旦撞击地球，就会导致全球性的影响。

如果小行星真的撞击地球......

即便这样，在历史上小行星撞击或接近地球事件也并不罕见。

人类已知的影响最大、最深远的小行星撞击事件可能发生在恐龙生活的时代。20世纪70年代，加州大学伯克利分校路易斯·阿尔瓦雷茨（Luis Walter Alvarez）等领衔的科学团队提出了撞击假说，即小行星导致了恐龙灭绝[1]。根据假说，约6500万年前的白垩纪晚期，直径达10千米的“巨型”小行星造成了地球上超75%的物种灭绝。1990年，地质学家在墨西哥尤卡坦半岛沿岸发现的奇克苏鲁伯陨石坑更增加了撞击假说的可信度。

当我们端详陨石坑的图片，可能会认为那是来自遥远过去的故事，但小行星离今天的人并不遥远。近二十年间，小行星曾多次“造访”地球。

2013年2月12日，一颗18米（相当于6层建筑），11000吨的小行星以超过18公里/秒的速度接近俄罗斯车里雅宾斯克[2]。尽管这颗小行星没有真正着陆，但小行星在穿越大气层时产生了大量碎片，在高空爆炸，释放了相当于35枚广岛大小的炸弹的能量。爆炸与小行星碎片造成了周围建筑窗户玻璃破裂，超千人受伤[3]。

回顾完过去的小行星撞击事件，不如换种方式感受小行星的威力。让我们打开“宇宙灾难模拟器”：此刻，假设你的手机突然弹出红色警报，一颗直径100米的小行星正突破大气层。从撞击前数秒到数年以后，小行星撞击可能会对地球和我们造成哪些影响？

撞击前30秒：当陨石以数十倍音速接近大气层时，你的视网膜会先于耳朵感知灾难。天空可能出现类似于2013年车里雅宾斯克事件的诡异光带，或是火球及强光。此时，千万不要肉眼长时间注视天空，因为强光可能导致短暂失明。接下来，你的耳朵会感知到天空的剧烈音爆，地面嗡嗡作响，微弱的地震波来袭。

小行星来了：撞击瞬间产生的强大辐射可能毁灭周围的一切生物。海洋里的生物亦无法逃脱，因为撞击的能量会让海洋升温，乃至沸腾。在人类居住的区域，超强冲击波震碎玻璃，摩天大楼如麦秆般断裂，超强的电磁脉冲引发广域发电系统和通信设施瘫痪。

撞击之后：接下来，扬入平流层的尘埃开始遮蔽阳光，其时间可能超过一年，植物无法光合作用。距离撞击点较远的大洲出现地震和海啸，各地火灾频发。长期来看，小行星撞击可能导致全球降温和物种灭绝，北京和上海等大城市如同《流浪地球》电影那样被冰封。整个地球被重新塑造。而这一切，是当年恐龙经历的小比例重演。

如何科学防御小行星？

看到这些小行星可能造成的影响，你可能已经开始手心冒汗。

好消息是，科学家们早已启动了“地球防御计划”。从以观测为主，到“观测+干涉”双管齐下，人类对小行星的认识不断增加，甚至开始能干预小行星的运行方式。

中国科学院紫金山天文台从上世纪50年代开始观测近地小行星，开国内近地小行星研究之先河。近年来，发射小行星探测器被纳入2021年中国航天白皮书中，国家航天局（CNSA）开展了大量小行星监测和应对方案论证工作，并积极参与国际合作。2018年2月，我国正式加入国际小行星预警网（IAWN），与联合国决议推荐的其他组织和天文学家一起负责全球范围内的近地天体观测数据共享和威胁预警，还在2023年参与国际宇航科学院组织的国际行星防御大会，介绍最新进展。据新华社消息，中国行星探测工程天问二号任务探测器已经运抵西昌卫星发射中心，预计在5月搭乘长征三号乙运载火箭发射[4]。

针对接近地球的小行星，科学家们提出了包括核爆、动能撞击、激光干预等在内的多种方案。中国科学家在2020年提出了“以石击石”法，取小行星为己所用，在小行星上采集岩石，与无人飞行器组合，用于撞击对地球有威胁的小行星。这种方法能有效提高传统动能撞击法的效果[5]。

2023年10月22日，中国深空探测实验室主任兼首席科学家、中国工程院院士吴伟仁在中国科协年会上表示，中国将在未来10年内展开首次“近地小行星防御任务”，计划选用“伴飞 +动能撞击+伴飞”模式。中国国家航天局副局长吴艳华透露，中国要争取在“十四五”末期或2025年、2026年实施对小行星的抵近观测和就近撞击，尝试改变其轨道，为人类应对小行星等地外天体做出中国贡献[6]。

国际上，NASA的双小行星重定向测试（DART）是有史以来第一次通过动能撞击改变小行星偏转方式的飞行任务。2022年9月，NASA发射探测器，主动撞击一颗直径为160米的小行星，成功改变了其运行轨道。这意味着，人类目前已经有能力改变小行星轨道，保护地球免受小行星威胁[7]。撞击过后，欧洲空间局（ESA）将主导接近被撞击小行星的观测项目——HERA，计划在2027年开始详细探测[8]。

地球上的人类寤寐之间，横跨多个时区的近百座观测站持续注视着天空。当地球以每秒30公里的速度穿过小行星带时，人类命运共同体必须携手，共御“天外来客”。

参考资料：

[1]Lynn Yarris. (2010). Alvarez Theory on Dinosaur Die-Out Upheld: Experts Find Asteroid Guilty of Killing the Dinosaurs. https://newscenter.lbl.gov/2010/03/09/alvarez-theory-on-dinosaur/

[2]Don Yeomans and Paul Chodas. (2013). Additional Details on the Large Fireball Event over Russia on Feb. 15, 2013. https://cneos.jpl.nasa.gov/news/fireball_130301.html

[3]Tricia Talbert. (2018). Five Years after the Chelyabinsk Meteor: NASA Leads Efforts in Planetary Defense. https://www.nasa.gov/solar-system/five-years-after-the-chelyabinsk-meteor-nasa-leads-efforts-in-planetary-defense/

[4]新华社. (2025). 天问二号探测器运抵发射场. https://h.xinhuaxmt.com/vh512/share/12417675?d=134fe6c

[5]国家空间科学中心. (2020). 空间中心提出应对大尺寸潜在威胁小行星的“以石击石”防御方案. https://www.cas.cn/syky/202005/t20200526_4747793.shtml

[6]北京科技报. (2025). 小行星撞地球概率达3.1%？别慌，只是估值！防御系统已在部署中. https://news.qq.com/rain/a/20250220A08ZE300

[7]Patricia Talbert. (2024). NASA’s DART Mission Sheds New Light on Target Binary Asteroid System. https://science.nasa.gov/missions/dart/nasas-dart-mission-sheds-new-light-on-target-binary-asteroid-system/

[8]ESA. (2024). Hera takes flight: Didymos, here we come，https://www.esa.int/Space_Safety/Hera/Hera_takes_flight_Didymos_here_we_come

数据：邱童欧阳远胡美嬉张轩张馨月