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引开撞地小行星,美研制重力拖拉机拉走威胁小

来源:http://www.tessiz.com 作者:澳门威斯尼人平台登陆 时间:2019-09-04 16:16

“重力拖拉机”在数年里不断慢慢改变小行星的运行路线,确保地球免遭撞击。科学家在发现一颗小行星或者彗星与木星相撞,在这颗行星的大气里留下一个巨大的新撞痕(估计跟地球差不多大)几周后,公布了这艘正在筹划中的飞船的详细细节。科学家认为,小行星迟早会靠近地球,对地球产生致命威胁。

科学家称这次碰撞的目的是改变它在轨道上的速度。变化不大,只有1%的一小部分。但这足以被我们的望远镜探测到,这就是DART所需要做的。

俄:三枚火箭值班可消除小行星对地球威胁

NASA试图追踪那些中小型的小行星,它们对城市有很大的威胁。

英国近地物体信息中心(UK Near Earth Object Information Centre)项目经理凯文:亚特斯说:“重力拖拉机是一种越来越受欢迎的小行星撞地球解决办法。有关如何解决小行星的问题,确实需要国际合作。例如,如果一项任务只是简单地设法把撞击点从一个国家转移到另一个国家,这项任务将遇到各种各样的政治困难。”英国近地物体信息中心负责发出预警,帮助英国政府远离小行星和彗星风险。

还记得大约6600万年前那场空前的灾难吗?一颗小行星撞击尤卡坦半岛时,引发了恐龙的灭绝。因此小行星撞击地球一直是科学家关注并预防的重中之重!

对于处理潜在碰撞地球的小行星,科学家首先会想到太空船直接碰撞小行星,这类似于2005年碰撞一颗彗星的深度碰撞任务,这种方法将提供很大的方向改变,但很容易失去控制。这很可能使小行星推进至危险的锁眼位置;其次,科学家会采用重心拖拉机,大约1吨重的重心拖拉机会距离小行星150米处盘旋,通过释放轻微的重心作用力,每天仅改变小行星运行速率0.22微米/秒,经过长期作用,将使小行星远离锁眼位置。

本文转载自牧夫天文(astronomycn)

据英国《每日电讯报》报道,在好莱坞灾难片中,阻止地球上的生命被小行星毁灭是最受欢迎的话题。现在英国一个工程师小组已经设计出一种名为“重力拖拉机(gravity tractor)”的飞船,用以拯救地球,避免地球被小行星摧毁。

幸运的是,NASA的DART任务将于2020年12月至2021年5月之间的某个时间推出。2022年10月,它将拦截Didymos系统,届时这颗小行星将离地球足够近,大约1100万公里远,地面望远镜就可以监测到发生了什么。DART将以每秒6公里的速度,撞向被称为“地月”的小卫星。

令科学家们熟知的Apophis小行星将于2029年重返锁眼位置,对地球构成潜在的威胁。2014年,它将近距离接触地球。在喷气推进实验室的研究中,假想的小行星最初位于碰撞地球的径直方向,重心牵引力十分虚弱,很难偏转其运行方向。在这种情况下,研究小组设想在小行星放置打孔机实现运行轨道偏转。

一图读懂小行星可以怎样杀了你

这个长30米的重力拖拉机大约需在一颗小行星撞上地球20年前发射升空,以便它有足够时间改变围绕太阳运行的小行星的轨道,中途拦截它。该飞船在从太空岩石上方飞过时,会利用4个高效低能推进器(深空探测器经常使用的离子推进器)改变自身位置,利用自身重力改变小行星的运行方向,避免它与地球相撞在一起。重力拖拉机要使一颗直径大约是300码的小行星的运行角度改变1英寸,使它避免与地球发生相撞,大约需要15年时间。

在2022年,一颗小天体将靠近地球,或许他可能是擦身而过,又或者是迎头一击。对于一小部分人来说,小行星撞击地球是一种理想的命运。这个想法可能满足了他们摇摆不定的末日思维。但对我们其他人来说,希望能避免这个恐怖的结局。

美研制重力拖拉机拉走威胁小行星

科学家们正在认真研究如何捕捉和开采小行星上的稀有金属和其他自然资源。美国宇航局已经为最终的“小行星重定向”任务打下了基础。这个计划是:一架遥控宇宙飞船将会在一颗小行星上着陆,抓取一块巨石,并将它带到绕月飞行的轨道上。

英国设计太空重力拖拉机引开撞地小行星

据了解,这颗天体其实是属于一颗小行星Didymos的卫星,直径仅160米,称为Didymoon。Didymos只有780米宽。它很小,但不是人类探测器所访问过的最小的一个。日本的隼鸟号宇宙飞船访问了350米的伊藤川小行星,而美国宇航局的奥西里斯-雷克斯号目前正在500米高的本努小行星上。但Didymos的小伙伴Didymoon直径只有160米,是将被被造访过的最小的天体。

该项研究奠基人拉斯提:斯维卡特指出,在这项研究中,我们需要精确地知道小行星潜在碰撞地球多长时间之前进行干涉,需要多大的牵引力可以偏移小行星;小行星处于何种类型轨道,具体的运行时间间隔等。据了解,斯维卡特是前任阿波罗号宇航员、目前是B612基金会主席。

Credit: Alexander Firsov/AP

1908年,一颗上述大小的陨星在西伯利亚通古斯湖(Lake Tunguska)上空发生爆炸,将770平方英里(1.99 × 109 平方米)森林化为灰烬。每隔100年就会有这样一颗天体与地球相撞。为了避免发生这种毁灭性大灾难,欧洲EADS Astrium公司的工程师设计了“重力拖拉机”,该公司负责为美国宇航局和欧洲航天局设计并制造飞船。总部设在赫特福德郡斯蒂文尼奇(Stevenage)的该科研组认为,这种飞船可以改变直径达430码的小行星的运行方向,这种小行星释放的能量比1945年美国在日本广岛投掷的核弹释放的能量高10万倍。

而欧洲航天局的赫拉任务将访问这个2022年有史以来最小的,并将帮助我们避免重蹈恐龙的覆辙。

这项研究是由加利福尼亚州美国宇航局喷气推进实验室完成的,分析结果显示重力拖拉机在太空船附近形成的微弱重心牵引力可以偏移直径140米的假定小行星,如果这一等级的小行星碰撞地球将导致地域性毁灭。美国科罗拉多州西南研究院的克拉克:查普曼说,“在这项研究之前,重心拖拉机偏移技术仅在概念上得以证实。尽管目前很少有人对此研究提出置疑,但我们中间许多人认为这是一个离奇的观点。这项喷气推进实验室的研究提供了可靠的工程学技术支持,我们对于其技术实力从未怀疑过,但目前我们将拭目以待这项最新太空技术。”

我们准备好了吗?

《每日电讯报》相关报道

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北京时间7月30日消息,据英国新科学家杂志报道,最新一项研究显示,“重力拖拉机”可以偏移威胁地球的小行星,从而避免小行星碰撞地球。如果一颗太空岩石朝向地球运行,包括重力拖拉机在内的综合性技术可以拯救地球。

Credit: NASA/ESA/UCLA

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澳门威斯尼人平台登陆,Didymoon的尺寸真的很小,只是一块在太空中飞驰的小石头。这张图表显示了宇宙飞船访问过的彗星和小行星,这张图表清楚地表明了地月实际上有多小。它是如此之小,甚至不会出现在他们的图表上。它的“史上最小太空飞船”的称号是当之无愧的。

美国可能放弃登月改登小行星

澳门威斯尼人平台登陆 3Credit: Catalina Sky Survey" style="width:60%;margin:1rem auto">

科学家发现围绕地球运行的岩石处在可与地球发生正面撞击的轨道上时,他们会利用“重力拖拉机”,改变这些危险的太空碎片的运行路线,避免它们与地球撞在一起。该飞船将会在中途拦截小行星,从距离它表面大约160英尺的地方飞过。这艘10公吨重的飞船从该位置可以利用自身引力改变岩石的运行方向,迫使这颗小行星向它靠近。

尽管这颗小小行星将是宇宙飞船造访过的最小的天体,但它实际上是对地球构成最大威胁的一类小行星。因为较大的小行星更容易追踪,因此更容易在早期探测到它们是否构成威胁。较小的岩石很可能在进入地球大气层时被烧毁,或者如果它们确实发生了撞击,造成的损害也很小。但是一个像Didymoon大小的行星可以摧毁地球的大部分地区。

美国宇航局提出使用“重心拖拉机”可偏移小行星运行轨道

翻译 林钰然 Wendy

该科研组已经设计出重力拖拉机,目前他们正在规划该任务的详细细节。如果发现一颗小行星正向地球方向飞来,科学家会在相对较短的时间里利用现有技术建造好这样一艘飞船。发射这种任务可能需要国际上的一致同意。参与这项任务的克里斯汀:特伦克尔(Christian Trenkel)说:“我们正利用现有技术计划这项任务,因此我们随时都有可能付诸实践。”今年初,美国宇航局发表了一篇有关利用重力拖拉机控制小行星或者地球附近的天体,让它们远离地球的可行性论文。

赫拉号的任务是一系列小行星调查的一部分,其总体目标是帮助我们将任何危险的小行星转移到无害的轨道上。与美国国家航空航天局的DART任务一起,Hera将访问有史以来最小的太空岩石,也就是前面提到的“Didymoon”。Hera和它的伙伴DART将帮助我们了解如何保护地球免受小行星撞击的整体努力的一部分。

美国宇航员提出避免小行星撞击地球的新办法

“自然,较小的小行星很难被发现,”美国宇航局喷气推进实验室近地天体研究中心前负责人Donald Yeomans表示,“下一次对地球的撞击几乎可以肯定是来自比较小的天体。”

美国宇航局对此非常关注,目前它已经确定要执行一项花费高昂的监控项目,用来追踪任何一颗有可能靠近地球的太空天体。据估计,有超过10万颗在地球附近运行的小行星的大小足以摧毁一座城市。然而到目前为止该局只能确定6363颗这种天体,并对它们进行追踪。一颗足球场大小的小行星就能摧毁一座城市,而且它把正在燃烧的材料抛入大气里,会造成更大面积的破坏,引起潮汐波。

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在模拟实验中,简单的控制系统使太空船停留在太空某处,放置在小行星上的发射机应答器可以监控其位置,因此确定其运行轨道将比其他方法更加精确。模拟的小行星直径为140米宽,其拉伸外形类似于“系川”小行星,2005年日本“隼鸟”太空船曾接近这颗小行星。如同真实小行星一样,实验中模拟的小行星处于旋转状态,这一点是非常重要的,由于不均匀的重心效应会使重心拖拉机离开初始位置。斯维卡特说,“我们并不希望真实的小行星表面光滑均匀,我们已将较差的条件状况考虑在内。”模拟实验的初步报告由喷气推进实验室的唐:约曼斯在近期于美国马里兰州巴尔的摩市召开的小行星、彗星和流星会议上陈述。

在之后的1994年,科学家们目睹了一颗彗星撞向木星的景象;这次撞击非常剧烈,以至于用普通的望远镜就能看到。

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所以在2005年,美国国会要求美国宇航局搜索90%以上,直径在140米以上的近地物体(这次搜寻还发现了一些较小的小行星,如大小接近撞击俄罗斯的那颗小行星的天体)。池塘里还有很多很多的鱼。Chodas表示目前我们仅发现了约30%的近地物体。“每年我们可以找到800颗处于那一范围的小行星”。即便以这一速度,找到全部25000颗小行星仍然会花费60年或者更久。每发现一颗小行星,我们都需要绘制它的轨道并确定它是否可能与地球相撞。

EADS Astrium公司的科学及探索业务开发经理拉尔夫:科尔代(Ralph Cordey)博士说:“任何直径超过30米的天体对地球都是巨大威胁。然而不幸的是,这样一颗小行星撞击地球只是时间问题。这种重力拖拉机利用基本物理学原理——有质量的每一种物体都能用自身重力对周围物体产生影响。重力拖拉机能移动直径是300米到400米的大天体。这些小行星以每秒10公里的速度在我们的太阳系里到处乱窜,我们只要对它们稍稍施加外力,就能改变它们的运行路径。”

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美布鲁金斯学会科学家:小行星撞地球几率比想像的高

“就好比在小湖里面钓鱼——如果你抓住一条,做上标记,再把它扔回去。如果在90%的情况下抓到的都是带标记的鱼,就说明你已经抓到过湖里90%的鱼,”近地天体研究中心现任负责人Paul Chodas说,“这就是我们的估计方式。”

英国设计太空重力拖拉机 引开撞地小行星

我们知道小行星可以有卫星,就像地球有月球一样,而且事实上,大约15%的小行星是在双星系统中,其中较小的一颗很容易被称为卫星。

在一些情况下,威胁地球的小行星再次返回可以碰撞地球时,会穿过太空中狭窄的“锁眼”。如果它们运行时错过锁眼位置,并且它们可能仅有数百米直径,就会避免与地球发生碰撞。斯维卡特告诉《新科学家》杂志说,“重心拖拉机可以实现这项工作!它可以非常轻微、精确地改变小行星运行轨道,从而使小行星避开了锁眼位置。”

至于多大的小行星会到达地球表面,多大的会在空中爆炸解体,这一问题没有明确的界限。“地球每年都会受到几次汽车大小的小行星的撞击,”Eric Christensen是位于亚利桑那州的卡特林那巡天系统(Catalina Sky Survey)的负责人,该机构致力于发现新的小行星。但这些陨石在天空中破碎后可能会落下一些陨石碎片,对地表造成其他影响。

2004年,一颗名为阿波菲斯的小行星备受关注,因为通过计算科学家发现,它将从非常近的地方飞越地球。根据它围绕太阳的运行轨迹可知,它在2029年与地球相撞的可能性是三十七分之一,这是有史以来地球面临的最大威胁。2029年小行星撞地球的假设稍后被排除了,但是科学家担心这颗小行星2036年仍会从太空中被称作“锁眼”的关键点经过,与地球相撞在一起。

这不是第一次宇宙飞船撞击行星。2005年,美国国家航空航天局的“深度撞击”号彗星撞向了坦普尔1号彗星,但它并没有试图使其偏离轨道,而是暴露了地下物质,因为这颗直径6公里的彗星实在太大了。

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这一任务不仅是为了取得矿物。“从科学的角度讲,小行星] 代表了太阳系起源过程中变化最小的物体。”Yeomans说。

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校对 高三强 徐成亮

2017年,《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)发表了一篇分析小行星撞击可能造成的人员伤亡的文章,这项研究得出结论:“陨石坑、地震和喷出物沉积等造成的影响,仅仅占全部破坏的一小部分。”最大的伤亡来源于撞击气浪产生的风。

在这段木星红外影像的左下位置,可以看到苏梅克-列维9号彗星撞上木星产生的光球。

{"type":1,"value":"1998年,美国国会要求NASA找到至少九成直径在1公里以上的接近地球轨道的小行星和彗星。这些小行星大约每50万年撞击地球一次,并且正如我们已知的那样,它们会威胁到地球上的生命。

像Yeomans这样的小行星猎人从事着预测未来的工作。截至目前,近地天体研究中心已经在地球周围的轨道上锁定了18000颗小行星、彗星和大量的太空碎片。

牧夫新媒体编辑部

目前,16000余个小行星被认定为近地物体,因为它们有时候和我们的距离仅有2800万英里——从宇宙的角度来看,这一距离只有一根头发那么宽。

如果我们发现了一颗直径140米的小行星,大到足以摧毁一座城市,而根据它的轨道预测几个月后将与地球发生碰撞,我们除了疏散地表人员外将无能为力。尽管美国宇航局行星防御官Lindley Johnson(一个真实存在的职位)向我保证“我们可以提前很长时间——当然是提前几周——确定确切的撞击时间和地点”然后可以确保疏散。

澳门威斯尼人平台登陆 10Credit: NASA" style="width:60%;margin:1rem auto">

{"type":1,"value":"这就是天文学家们在搜寻小行星时找寻的目标。这些拍摄于2014年1月1日的图片显示了一颗非常小的小行星(被微弱的红光和紫光环绕着)从背景恒星前经过。当时这颗直径2到4米的小行星正在落向地球。一天后,它冲破了大西洋上空的大气层,然后很可能在入海前就解体了。

在1998年和之后的2005年,美国国会两次委托美国宇航局去搜寻这些物体,并设法使那些对地球有危险的小行星偏离原本的轨道。

通常,美国航天局的科学家可以在一定程度上预测出100年内小行星轨道的路径。但是“随着时间推移,轨道的不确定性也会增加,”Yeomans补充道。这是因为当小行星经过行星和其他物体时,它的轨道会有轻微的改变。

{"type":1,"value":"1988年到2017年间,美国的探测设备发现了超过700颗来自小行星和太空碎片的火流星,所幸它们大部分都很小,未对地球构成威胁。

美国宇航局至今还没有发现在未来的100年内可以对地球构成威胁的小行星或彗星。但科学家们仍在密切关注着大约2000个具有“潜在危险”的物体——它们距离地球4647790英里(约7479893公里),且体积足以造成较大破坏。

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当然我们不要忘了:美国宇航局并没有现成的攻城槌火箭或星际核弹头。为了快速设计和制造出这些飞船,我们必须在国际范围内展开合作。

澳门威斯尼人平台登陆 13Credit: CNEOS/NASA" style="width:60%;margin:1rem auto">

澳门威斯尼人平台登陆 14Credit: Alexander Ivanov/AP" style="width:60%;margin:1rem auto">

Yeomans解释说,美国宇航局追踪这些物体的方法其实非常简单——用几天的时间,给同一块天空拍摄多张照片,然后用计算机程序搜索移动的物体。以这个物体的移动速度和亮度为基础,科学家们就可以开始绘制其轨道路径了。

如果我们碰巧——这确实是偶然——发现了一颗将在7到10年内撞击地球的太空陨石,我们可以开展一项迫使它偏离轨道的任务。有两种可行的方法,其一:发射一架宇宙飞船,像攻城槌一样将小行星稍稍撞离轨道。或者像好莱坞电影一样,“使用一个核装置,利用它表面的汽化产生的反冲力推动小行星偏离轨道。”Chodas说。(尽管如《Popular Science》指出的,目前核武器在太空中是禁止使用的。)

有时这些小行星相互碰撞并分裂成叫做流星体的小块物质。

直到20世纪末,科学家们才真正找到了小行星撞击事件的线索。1980年,Luis 和 Walter Alvarez第一次发现了小行星导致恐龙灭绝的证据:世界各地都发现了由小行星撞击产生的一层薄薄的沉淀物。1990年,这颗小行星留下的陨石坑在尤卡坦半岛附近被发现。

但是,科学家们最担心的是成千上万尚未被发现的小行星,它们可以摧毁聚落和城市。这些无法看到的物体最有可能出其不意地袭击我们。

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科学家跟踪小行星和彗星以预测未来撞击事件

{"type":1,"value":"近地物体广域红外线巡天探测器是美国宇航局用来观测小行星的主要望远镜之一。这张图中你能够看到2013年至2016年,NEOWISE发现的所有物体。

{"type":1,"value":"如今,多亏了《世界末日》这样的好莱坞电影,人们逐渐地意识到地球上的生命也许会因为一次小行星碰撞而终结。

作者Brian Resnick, Kavya Sukumar

“小行星不仅只有威胁,它们的存在也蕴含着机遇。”Yeomans解释道。“它们中有很多都含有铂系元素和水合矿物质,这些物质可以用来在太空中建造物体。”

“我们当然希望有10年的预警时间;这将使我们有足够的时间和机会团结起来共同完成发射任务。”Johnson说。我们只需将小行星的速度提高或降低一厘米/秒就能使其偏离轨道。但是“至少需要提前三年来做这些事情。”

太阳系中有成千上万这样的石块,它们被称为小行星。火星和木星之间的星际空间里大约存在着100万到200万颗大型小行星。

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我们面临的最大威胁来自较小的小行星,比如2013年在俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸的20米宽的流星,产生了相当于核爆炸的威力。

那些不能到达地球表面的小行星仍然可能对地表造成破坏。2013年,一颗小行星在俄罗斯的车里雅宾斯克州上空发生了爆炸,导致约1500人在其产生的冲击波中受伤。

还有一点我们也要了解:小行星也有使人类获益的潜力,不要光想着把它们推远。

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数十亿年前,太阳系在形成之始遗留了很多体积巨大但还不足以形成行星的太空石块。

澳门威斯尼人平台登陆 19Credit: Wikimedia Commons" style="width:60%;margin:1rem auto">

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这就是为什么小行星如此令人着迷。它们是一扇窗户,让我们得以深入了解太阳系的过去,以及预测地球的未来。

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小行星碰撞的破坏力与它们的大小和速度有关。小行星越大,它在撞击中产生的能量就越大。“一个直径150米的物体拥有2.88亿吨TNT的爆炸当量。” Yeomans解释道。(已建最大核武器的当量是5000万吨)“另一方面,一个直径10米物体仅有10万吨的能量,”他说,“随着尺寸的增加,它们具有的危险性呈几何级数上升。”

现在,近地天体研究中心确信他们已经成功定位了90%以上,直径在几公里左右的庞然大物。为什么他们这么肯定?因为近地天体的数量与它们被观测到的频率是相关的。

车里雅宾斯克流星的一部分,于俄罗斯切巴尔库尔湖被发现

美编 李树萍

这些较小的小行星很难被发现,因为它们在夜空中不那么明亮,而且我们用地基望远镜能够发现它们的前提是它们必须和地球离得很近。我们对这些较小的(但仍然具有破坏性的)小行星的搜索受制于一个巨大的盲点:太阳。如果一颗小行星从太阳的方向飞来,我们将无法发现它(比如在车里雅宾斯克州发生的事情)。美国宇航局的科学家们希望建立一个新的太空红外观测站来加快搜索速度,但目前还没有得到所需资金。

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