摘自美國《PopularScience》（大眾科學）中文版

2015年冬季的一場行星防御會議上，一眾航空航天領域的專家展開了激烈討論，他們正在處理這樣一個虛構的情景：小行星“2015PDC”正在向地球襲來。這顆行星直徑150～400米，最早將于2022年9月與地球相撞。地球人該如何應對？

雖然這一設想是完全虛構的，但會議的組織者還是試圖做到盡可能逼真，該場景包含了科學家們可能會面對的所有未知情況，比如小行星的大小、構成元素，以及發(fā)生撞擊的具體地點。在這場會議上，與會者著重探討了一種使用航天器撞擊小行星以改變其運行方向的策略，還有人則提出了另外一些避免災難的新方法。

雖然從《世界末日》的導演邁克爾·貝到美國航空航天局都建議我們炸毀向地球接近的小行星，但這一觀點卻極富爭議?！锻鈱涌臻g條約》從技術上禁止在太空中使用核武器。一些科學家也認為爆炸碎片造成的潛在危害可能不亞于一顆完整的小行星。馬德里理工大學的空間力學研究員ClaudioBombardelli說：“我的觀點是，只有在所有其他選項都注定失敗的情況下，才能使用核武器讓小行星偏離軌道?！?/p>

作為替代方案，Bombardelli團隊贊成使用一只“離子束牧羊犬”將來襲的小行星推離軌道，他們和其他研究者已經(jīng)就該方案研究了數(shù)年。Bombardelli和他的同事們評估了一個計劃：向該假想小行星發(fā)射一束離子（帶電粒子）。這些離子會以30.5千米/秒的速度傳播，撞擊時將動量傳遞給小行星，將其輕輕推離預定軌道。Bombardelli說：“這種力非常小，只有長時間作用于小行星的情況下才能起作用?！?/p>

Bombardelli團隊在論文中設想該假想小行星重約2000萬噸，持續(xù)兩年對其施加質(zhì)量相當于一顆草莓的力，就可以使其方向偏離數(shù)百千米。這種離子束可以由使用離子發(fā)動機的航天器發(fā)出，這種航天器類似于2015年抵達谷神星（太陽系中最小且惟一位于小行星帶的矮行星）的“黎明”號探測器。

首先，離子發(fā)動機會驅(qū)動航天器前往目標小行星。當接近小行星時，航天器將改變方向，使離子發(fā)動機噴管朝向小行星，以推動小行星。Bombardelli說：“這些發(fā)動機被賦予了雙重用途，航天器的重量也因此得以減輕?！?/p>

和“黎明”號一樣，這艘假想的航天器使用太陽能帆板產(chǎn)生的電力將氙氣電解成離子，產(chǎn)生離子束，航天器會繼續(xù)電離向后噴射的離子束，直至將這些離子束拋離飛船尾部電離范圍。該團隊經(jīng)計算得出，推離小行星的航天器將需要大約11千瓦的電力，這基本與“黎明”號飛船上已經(jīng)實現(xiàn)的技術大致相同。

一束離子施加到一顆小行星上的力的大小仍是一個模糊變量，針對這一問題，Bombardelli團隊正在德國航空航天中心的等離子真空箱艙中測試。截至目前，他們的成果達到了預期。按照研究者們設想的計劃，航天器將于2017年5月28日發(fā)射，并于2019年9月30日抵達“2015PDC”附近。

只有3年時間讓假想小行星偏離軌道。假如它的直徑為250米，密度與一般小行星相當（2克/立方厘米），那么這點時間不足以將它推離足夠遠的距離，使它完全避開地球。但我們有可能將其移向損害相對較小的路徑。所以下一個大問題是：要把它移去哪里？

小行星重定向任務概念圖

研究者們假設的最壞結果之一是，小行星將會撞擊擁有1600萬人口的新德里。他們的備案是：通過使用離子束連續(xù)22個月對小行星施加影響，其軌道可以被移到阿富汗帕克蒂卡省的鄉(xiāng)村地區(qū)，使傷亡人數(shù)降低兩個數(shù)量級，并減少基礎設施的損失。即使航天器只能在小行星上工作15個月的時間，也可以將小行星退往巴基斯坦的旁遮普省。這片區(qū)域要比阿富汗的鄉(xiāng)村發(fā)達，但和新德里比，同樣能將傷亡人數(shù)降低一個數(shù)量級。

撞擊新德里的小行星的預計偏移路徑，最亮處為新德里，偏移路徑最左側為阿富汗

雖然離子推進器可以將小行星的撞擊點從印度人口密集的大型城市移至巴基斯坦或阿富汗，但這樣的解決方案需要國際磋商和協(xié)作——兩個備選方案的政治挑戰(zhàn)比科技帶來的挑戰(zhàn)更難以克服。

如果小行星撞擊的是孟加拉國首都達卡而不是新德里，研究者們計算的結果是，離子束工作13個月可以使之改道撞擊緬甸，將人口和基礎設施的損失降低兩個數(shù)量級。若小行星撞擊德黑蘭，實際上最容易改變路線，因為伊朗首都周圍都是沙漠。離子束只需要施加一兩個月的力，小行星就可以被改變航向，將人口和基礎設施損失降至最低，而且還無需太多政治角力。

根據(jù)科學家們的評估，想要萬無一失地改變假想小行星“2015PDC”的航向，使之避開地球，至少需要5艘離子發(fā)動機航天器，并在太空持續(xù)工作33個月。而完全阻止一顆直徑400米的小行星則需要20艘航天器。建造和發(fā)射這么多航天器，成本十分高昂。

“小行星的大小非常關鍵，我們事先卻無法準確了解?！痹谟行┘傧肭榫爸校x子束推離根本起不了作用。離子需要數(shù)月乃至數(shù)年時間才能移動一顆小行星，所以只有當人類提前得到早期預警才能使用這種方法。

假如留給人類的響應時間很短，那么行星防御會議上提出的動能撞擊體方案將是首選。這種方案會讓航天器與小行星相撞，以改變其運行方向。這種航天器的結構相對比較簡單，建造它們要比建造離子發(fā)動機航天器更加快捷。

然而動能撞擊體方案的最大缺點是，它只能在某一個方向上改變小行星的運行軌跡。這一方案的重點在于降低小行星的速度?？茖W家們將航天器置于小行星的必經(jīng)之路上，小行星與之相撞后速度會降低。軌道力學決定，小行星速度降低后軌道半徑會變小，這使得小行星免于與地球相撞。在行星防御會議上給出的虛構情景中，動能撞擊體只能使小行星向西移動，而離子束可以使小行星移向任何方向。如果我們能將小行星移往人口更少的地方，這種方案就有潛在的價值。

美國航空航天局的小行星轉(zhuǎn)向任務將探索另外一種移走小行星的方案：航天器將飛向小行星，提取一顆巨大的巖石，將增加的負重作為一種重力牽引杠桿將小行星略微推離其運行方向。這是另一種“緩慢推移”方案，但并不像使用離子束改變小行星運行方向那樣簡單。

使用核武器攻擊小行星可能有用，但很多科學家認為這是“最后的選擇”?！皯獙ν{地球的數(shù)目龐大而又迫在眉睫的小行星，還有很多其他選項?！盋hodas說，“使用核武器在我看來是孤注一擲的選項，這種方案的結果更加無法預測，但毫無疑問我們可以考慮將其作為備選方案。而且我們在會議上也認真討論了這種方案?！?/p>

最后，行星防御會議的所有與會者一致認同：改變小行星航向最好的方案將取決于具體情況。Chodas解釋說：“每種情況都不相同，這取決于預警時間、小行星的軌道、大小、成分等諸多因素?！?/p>

責編：宋菁