作者：李明濤（中國科學院國家空間科學中心研究員）

　　小行星撞地球是小概率事件，但它給地球生物帶來的影響卻可能是毀滅性的——據猜測，恐龍的滅絕很可能就是由小行星撞地球而引發。此前，人們(men) 已經能夠測算出小行星的軌道，可以通過望遠鏡努力找出那些可能給地球帶來威脅的“危險分子”。現在，人類保衛地球的能力再進一步：北京時間2022年9月27日，美國“雙小行星重定向測試（DART）”任務在距離地球約1100萬(wan) 公裏處，以約6.3千米/秒的速度成功擊中“狄迪莫斯（Didymos）”雙小行星係統中的子星“狄莫弗斯（Dimorphos）”，這標誌著人類第一次行星防禦任務完成了最關(guan) 鍵、難度最高的撞擊動作。

　　小行星撞擊，來自太空的威脅

　　近地小行星是指軌道近日點距離在1.3Au（天文單位，等效日地平均距離，約1.496億(yi) 千米）之內(nei) 的小行星。近地小行星在環繞太陽運行的過程中，受到木星等大行星引力牽引，存在撞擊地球的風險。近地小行星撞擊是人類社會(hui) 麵臨(lin) 的共同威脅和長期挑戰，一旦千米級尺寸的近地小行星撞擊地球，不僅(jin) 會(hui) 帶來巨大的撞擊災難，甚至還會(hui) 引發氣候環境災變和物種滅絕等嚴(yan) 重後果。

　　根據科學家考證，地球曆史上發生了22次不同規模的物種滅絕，至少10次與(yu) 小行星撞擊地球相關(guan) 。有科學家認為(wei) 6500萬(wan) 年前，一顆直徑10千米的近地小行星撞擊北美墨西哥灣地區。巨大的撞擊能量，在海底形成一個(ge) 直徑約180千米的隕石坑，大量海底物質被拋射到空中。熾熱的撞擊濺射物引發了全球森林大火，燃燒的灰燼和濺射塵埃雲(yun) 進入了平流層，遮擋了大部分太陽光，全球溫度驟降，植物光合作用受到影響，引發了地球氣候環境災變，最終導致了包括恐龍在內(nei) ，全球70%的物種滅絕。

　　這次撞擊導致統治地球長達1.6億(yi) 年的恐龍退出地球舞台，是地球曆史上白堊紀結束和新生代開始的分水嶺。也正是這次撞擊事件後，體(ti) 型更小、消耗資源更少的哺乳動物逐漸適應了惡劣的環境，逐步走向地球舞台中央，發展出今天高度發達的人類文明。

　　即使小尺寸近地小行星撞擊地球也可能引發顯著危害—2013年，一顆小行星“襲擊”了俄羅斯車裏雅賓斯克地區，“肇事”小行星的直徑僅(jin) 約18米，但仍然導致了接近1500人受傷(shang) 、3000棟房屋受損。像這樣的近地小行星，在太陽係中有數百萬(wan) 顆，超過99%我們(men) 尚未發現。

　　由此可見，開展行星防禦是保衛人類自身、續存人類文明、保衛人民生命財產(chan) 安全的必然要求，也是外太空人類命運共同體(ti) 的重要體(ti) 現。

　　開啟行星防禦時代

　　如何化解小行星撞地球的危險？這是全球天文學家們(men) 關(guan) 注的焦點。“雙小行星重定向測試”任務無疑是近年來最具挑戰性，也最成功的嚐試。這一任務由美國行星防禦協調辦公室（PDOC）立項支持，約翰霍普金斯大學應用物理（APL）實驗室負責研製，總投資約3.9億(yi) 美元，其撞擊器發射重量約為(wei) 610公斤，於(yu) 北京時間2021年12月24日搭乘獵鷹9號運載火箭發射。

　　它的目標是通過在深空環境中實施動能撞擊小行星試驗，測試動能撞擊防禦小行星的技術，並通過評估撞擊後小行星軌道偏轉效果掌握小行星的軌道偏轉規律，從(cong) 而為(wei) 未來應對近地小行星撞擊風險任務設計提供依據。這是人類第一個(ge) 行星防禦驗證任務，標誌著人類開啟行星防禦時代，象征意義(yi) 重大。

　　難點有很多。“雙小行星重定向測試”任務設計最大的挑戰之一就是如何準確評估撞擊後小行星的軌道偏轉效果。要知道，小行星主要由岩石和金屬等材料構成，一般直徑百米級的近地小行星的重量可達百萬(wan) 噸甚至千萬(wan) 噸，而人造撞擊器的重量僅(jin) 有數百公斤至數千公斤，兩(liang) 者重量相差6~7個(ge) 數量級，盡管撞擊速度接近10千米每秒，但撞擊後對小行星的軌道速度改變量可能甚至不足1毫米/秒（mm/s）——以人類現有天文觀測能力，還難以在千萬(wan) 公裏之外的超遠距離，分辨出毫米/秒量級的軌道速度改變量。因此如何準確評估撞擊後近地小行星的軌道偏轉效果進而認識小行星的軌道偏轉規律，是動能撞擊試驗的關(guan) 鍵難題。

　　“雙小行星重定向測試”任務通過選擇試驗對象為(wei) “狄迪莫斯”雙小行星係統巧妙地解決(jue) 了撞擊偏轉效果評估難題。雙小行星係統是太陽係中廣泛存在的一種小行星構型，在直徑超過300米的小行星中大約15%是雙小行星構型或者多小行星構型。在雙小行星係統中，子星在主星引力作用下，運行在環繞主星的軌道上。毫米/秒量級的撞擊速度改變量雖然不能顯著改變小行星環繞太陽運行的軌道，但足以改變子星相對主星的繞轉軌道，並導致子星相對主星的繞轉周期改變。而子星相對主星的周期性運動會(hui) 改變其反射的太陽光通量，利用望遠鏡對雙小行星係統開展持續觀測，就可以測量雙小行星係統亮度的周期性變化，進而精確評估出撞擊後雙小行星係統的周期變化量。

　　“狄迪莫斯”雙小行星係統中包括兩(liang) 顆小行星，主星“狄迪莫斯”直徑約780米，子星“狄莫弗斯”直徑約160米，兩(liang) 者距離約1.2千米，共同運行在環繞太陽運行的軌道上。子星“狄莫弗斯”像一台鍾表一樣，約每11.9小時環繞直徑約780米的主星運行一圈。“雙小行星重定向測試”任務通過“迎頭撞擊”改變子星相對主星的繞轉軌道，預期使其繞轉周期縮短約10分鍾。

　　為(wei) 了評估撞擊效果，詹姆斯·韋布太空望遠鏡、哈勃太空望遠鏡、“露西”小行星探測器和“金石”雷達、ATLAS、甚大望遠鏡等太空和地麵望遠鏡在撞擊前後進行了持續觀測監測，並進行全球直播。

　　望遠鏡獲取的大量寶貴的視頻和圖像資料表明，“雙小行星重定向測試”任務撞擊器成功擊中了目標，撞擊試驗產(chan) 生了大量高速濺射物，雙小行星係統的亮度瞬間增加10倍以上，在撞擊後小行星形成了一條類似彗星“彗尾”的長達上萬(wan) 千米的濺射物“尾巴”，表明撞擊試驗取得了高度成功，產(chan) 生了較好的試驗效果。持續跟蹤監測表明，撞擊試驗後，雙小行星係統的繞轉軌道周期從(cong) 11小時55分縮短至11小時23分，顯著超出了預期目標。

　　除了開展行星防禦試驗，“雙小行星重定向測試”任務還有其他收獲——突破了超遠程高速撞擊製導控製、非合作目標高精度自主導航、暗弱小天體(ti) 探測識別等關(guan) 鍵技術，開展了先進離子推進、卷軸式太陽能帆板等大量新技術試驗，具有極強的技術牽引性和帶動性，將推動深空探測、空間操作等領域的可持續發展。

　　例如，“雙小行星重定向測試”任務首次開展了新一代離子推進係統在軌試驗。離子推進係統具有極高的效率，相比傳(chuan) 統化學推進高出一個(ge) 數量級，被認為(wei) 是深空探測領域最有前途的推進方式之一。再比如，“雙小行星重定向測試”任務還首次在深空環境中開展了柔性卷軸式太陽能帆板試驗，可為(wei) 電推進係統提供充足的能源。這項技術驗證的成功將提升小衛星的能源供應能力，極大地提升小衛星探索深空的能力。此外，“雙小行星重定向測試”任務還驗證了聚光太陽能電池陣列，比傳(chuan) 統太陽能電池陣列效率提升3倍，未來或可使得木星等外太陽係行星探測不再需要核電源供電，從(cong) 而降低任務成本等。

　　　撞擊成功，人類並非可以高枕無憂

　　“雙小行星重定向測試”任務成功實施動能撞擊小行星試驗，開啟了人類行星防禦征程的第一步，但距離人類能夠成功防禦小行星尚有很大差距。

　　首先，“雙小行星重定向測試”任務是人類精心設計的一次針對已知目標的試驗。“狄迪莫斯”雙小行星係統此前已經開展了多年觀測，其軌道、大小、自轉等數據,人類已經基本掌握。而行星防禦真正的場景很可能是麵對“突襲”——一顆新發現的、即將撞擊地球的小行星。在這種場景下，小行星的軌道等特性可能並不完全確知，能否防禦成功仍然需要打個(ge) 問號。

　　其次，“雙小行星重定向測試”任務撞擊對象“狄莫弗斯”直徑僅(jin) 為(wei) 160米，其主星直徑為(wei) 780米，目標比較大，那麽(me) ，對於(yu) 更小尺寸的小行星能否撞擊成功尚需要驗證。要知道，小行星尺寸越小，其亮度越暗弱，撞擊難度也越高。但在短時間內(nei) ，對地球威脅更大的是大量直徑20米~50米級近地小行星，其撞擊地球頻率更高，能否成功撞擊還需要進一步驗證。

　　再次，“雙小行星重定向測試”任務並沒有直接改變小行星相對地球的位置關(guan) 係，而實際行星防禦場景需要偏轉小行星相對地球的軌道，讓小行星距離地球更遠。“雙小行星重定向測試”采用的偏轉子星相對主星繞轉軌道的間接方式，效果與(yu) 真實防禦場景仍然有較大差別。

　　最後，以人類目前科技水平，在10年以及更短的預警時間內(nei) ，動能撞擊技術僅(jin) 能有效偏轉直徑幾十米級近地小行星的軌道，對直徑百米級近地小行星，動能撞擊技術仍然難以有效偏轉其軌道。

　　保衛地球，仍然任重道遠。人類仍然需要創新發展新型防禦手段，對持續牽引等防禦手段進行綜合驗證。

　　在保衛地球的征程中，中國將作出更多貢獻。2021年，中國國家航天局局長張克儉(jian) 在中國航天日上表示：“站在新的曆史起點，中國航天將論證實施探月工程四期、行星探測工程、建設國際月球科研站和近地小行星防禦係統，拉開新時代探索九天的新序章。”2022年，中國國家航天局副局長吳豔華介紹，中國將著手構建近地小行星防禦係統，並計劃在2025年或者2026年實施一次動能撞擊防禦小行星實驗。這意味著中國近地小行星防禦係統已經進入實操階段。

　　相信未來，中國一定可以在行星防禦領域有所作為(wei) ，為(wei) 構建人類命運共同體(ti) 、保衛地球生命安全貢獻中國智慧、中國方案和中國力量。