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月球的確有一定概率能幫助地球“擋災(zāi)”，但如果是大量、高速的天體，除非直接撞到月球上，否則靠月球引力捕獲的數(shù)量十分有限。

陳征

北京交通大學(xué)副教授

影片《獨行月球》上映半個多月，討論熱度不減反增。在電影中，“月盾計劃”失敗，小行星π即將毀滅地球，被遺忘在月球的主人公獨孤月，改變了重返地球的計劃，獨自扛著“宇宙之錘”炸毀小行星……

該片把喜劇放置于浩瀚宇宙的舞臺，邀請了多位航天領(lǐng)域的專家擔(dān)任科學(xué)顧問，喜劇之上，“科”味十足。

那么，在現(xiàn)實生活中，什么樣的小行星才能毀滅地球？“月盾計劃”是否可行？隕星碎片被地球引力捕獲后，為何形成了星環(huán)？

10千米級天體撞地可致“絕世天劫”

多大的小行星才能毀滅地球？

北京交通大學(xué)副教授陳征對科技日報記者表示，回答這個問題的關(guān)鍵在于如何定義“毀滅地球”。

“如果僅是毀滅地球表面的生態(tài)圈，或者僅是讓人類無法生存的話，很小的小行星就能做到。”陳征表示，按照目前科學(xué)家的估算，約6600萬年前撞擊地球?qū)е驴铸垳缃^的小行星，直徑不過10千米左右。事實上，那次撞擊形成了直徑約180千米的隕石坑，撞擊引起的熱輻射和濺射物引發(fā)了全球森林大火，改變了地球的氣候環(huán)境，才最終導(dǎo)致了全球70%的物種滅絕。

小行星撞擊地球是隨機事件，科學(xué)家只能大致估計小行星撞擊地球事件的發(fā)生頻率。從統(tǒng)計意義的角度，平均每年大概有一顆直徑為5米級的小天體進入地球大氣層，每10年有一顆直徑10米級的小天體進入地球大氣層，每100年有一顆直徑20米級的小天體進入地球大氣層，每1000年有一顆直徑50米級的小天體進入地球大氣層，每幾十萬年有一顆直徑1千米級的小天體進入地球大氣層。

“幾米到數(shù)百米級的小天體不會改變地球氣候，直徑1千米的小天體撞擊還不會導(dǎo)致大滅絕事件，但直徑超過10千米的天體，帶來的損失則是人類社會無法承受的，而這在地球歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過不止一次。”中國科學(xué)院大氣物理研究所副研究員魏科表示。

值得慶幸的是，在未來幾百年內(nèi)，地球沒有面臨“絕世天劫”的風(fēng)險。小行星防御專家、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員李明濤告訴記者，直徑10千米級的小行星撞擊地球，一般“億”年一遇，像恐龍在滅絕之前，就“統(tǒng)治”了地球約1.6億年，“絕大部分這種級別的小行星，人類已經(jīng)掌握了其準(zhǔn)確的運行軌道。”李明濤說。

可如果“毀滅地球”，指的是把整個地球轟碎，那需要的小行星體量就大得多了。陳征表示，目前許多科學(xué)家傾向于認(rèn)為月球是地球早期被一顆火星大小的行星“忒伊亞”以一定角度撞擊后拋飛的物質(zhì)形成的。火星的直徑約為地球的一半。“火星撞地球”都只能把地球“撞傷”，想要徹底毀滅地球，恐怕至少要大于火星甚至跟地球體量相仿的天體才行。

“從這個層面上說，地球是不需要保衛(wèi)的。人類防御小行星是為了保衛(wèi)地球上的生命，保衛(wèi)人類自身。”李明濤說，46億年前地球已經(jīng)形成，歷經(jīng)無數(shù)次撞擊依然穩(wěn)定地運行在太陽系中，未來幾十億年還將一直存在下去。

靠月球擋碎片必然“擋一漏萬”

《獨行月球》在一開始就拋出了“人類如何應(yīng)對近地小行星的威脅”這個難題。影片給出的答案是，全球科學(xué)家將實施“月盾計劃”。

所謂月盾計劃，指的是當(dāng)小行星向地球飛來，人類在月球上部署“月球之錘”重型核彈，摧毀小行星，然后利用月球進行掩護，為地球阻擋小行星爆炸后產(chǎn)生的碎片。然而月盾計劃并不成功，雖然人類把小行星π炸得粉碎，但還是有較大的碎片撞擊了地球。

“以月球為盾并不靠譜，別被月球表面的千瘡百孔欺騙了，那不是為地球‘擋槍’的后果。”李明濤說，當(dāng)我們望向月亮?xí)r，其實可以看得出來月球很小，具體來說，全天空超過4萬平方度，月球大概僅為0.3平方度，“靠月球擋碎片，必然擋一漏萬。”

“最多也就類似一個成年人拿個羽毛球拍擋在胸口。”魏科介紹，月球與地球的體積比約為1比64，在所有天然衛(wèi)星中是比例最高的，所以月球吸引（分流）小天體的數(shù)量要比其他行星系統(tǒng)中的衛(wèi)星多。但是依據(jù)地月位置和體積之比，月球遠不能擔(dān)負起保護地球的核心作用。

陳征也表示，月球的確有一定概率能幫助地球“擋災(zāi)”，但如果是大量、高速的天體，除非直接撞到月球上，否則靠月球引力捕獲的數(shù)量十分有限。

在李明濤看來，指望任何天體幫助地球捕獲太空中的撞擊碎片都不現(xiàn)實。在太陽系中，月球的引力很小，撞擊碎片速度極快，雙方大概率會“擦肩而過”。比如，為了被月球捕獲，人類月球探測器在靠近月球時會主動“踩剎車”，否則就會逃逸到外太空。

所以，月盾計劃并不現(xiàn)實，避免小行星撞擊威脅唯一的辦法就是靠人類自己。

防御小行星撞擊的第一步是撞擊預(yù)警。李明濤說，當(dāng)務(wù)之急是完善小行星監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，扎緊地球防御的“籬笆”，這要求我們建造更強大的地面望遠鏡，并向太空中發(fā)射空間望遠鏡。

如果真有小行星撞向地球，科學(xué)家也發(fā)展出了防御小行星撞擊的“九種武器”，包括動能撞擊、核爆、引力拖車、離子束偏移、激光燒蝕、質(zhì)量驅(qū)動等。

“目前最成熟的手段是動能撞擊。”李明濤介紹，2021年11月，美國發(fā)射“雙小行星重定向測試”（DART）航天器，并計劃于今年9月26日前后完成動能撞擊小行星的試驗，這將是人類首次在太空中開展的行星防御試驗。

中國也將組建近地小行星防御系統(tǒng)。不久前，國家航天局副局長吳艷華透露，爭取在2025年或2026年實施一次小行星撞擊防御試驗，為人類應(yīng)對小行星等地外天體對地球家園的威脅作出中國貢獻。

地球星環(huán)更多是一種浪漫的表達

小行星從未徹底撞毀任何天體嗎？實際上，小行星之間“飛掠相殺”并不罕見。李明濤稱，科學(xué)研究表明，在太陽系形成之初的動蕩期，大量天體“你來我往”的撞擊事件頻繁發(fā)生，“相互殘殺”的主要為小行星和彗星。

退一萬步，假如地球真被撞碎，結(jié)局將如何？“大部分濺射物將在引力作用下重新聚合，形成一顆新的行星。”李明濤強調(diào)，撞擊后的這顆行星將不再宜居。至于何時重新萌發(fā)出生命、重新演化出適合生命生存的環(huán)境，還未可知，所需時間也許長達億萬年之久。

從撞碎后的殘渣分布來看，如果分布范圍較小，還可能形成類似地月系統(tǒng)的多個天體系統(tǒng)；如果分布范圍較大，可能會像火星和木星軌道之間的小行星帶那樣飄在太陽系中，在萬有引力的作用下逐漸被臨近的行星吸引走。“這些物質(zhì)并不會消失，而是隨著太陽系乃至銀河系繼續(xù)演化。”陳征說。

陳征是最后階段看片的專家之一，他對影片結(jié)尾提出的建議被采納：隕星碎片被地球引力捕獲形成星環(huán)，不是類似吸積盤形狀，而是更接近土星環(huán)。

他對記者解釋道，吸積盤和星環(huán)雖然在幾何形狀上都有盤狀的結(jié)構(gòu)，但吸積盤是圍繞黑洞或中子星之類旋轉(zhuǎn)的彌散物質(zhì)，由于黑洞、中子星的巨大引力導(dǎo)致物質(zhì)之間的碰撞摩擦極為劇烈，劇烈到足以引發(fā)核聚變因而導(dǎo)致強烈的發(fā)光特征。而星環(huán)則是圍繞行星旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)薄層，它們和行星一樣自身并不發(fā)光，其光亮主要來自反射太陽（恒星）的光。

那隕星碎片為什么不是被月球捕獲？這是因為，月球質(zhì)量約為地球的1%，引力遠遠小于地球，隕星的碎片大概率會被地球捕獲。而且，地球與月球的距離不過平均38萬千米，月球在某種意義上也將成為地球星環(huán)的一部分，不太可能形成一個穩(wěn)定圍繞月亮旋轉(zhuǎn)的“月環(huán)”。

“其實，電影中的星環(huán)更多是一種浪漫的表達，實際上星環(huán)的形成時間不會那么短，尺寸也會大很多。”陳征說，太陽系的行星中木星、土星、天王星、海王星都有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其半徑從幾萬千米到上百萬千米不等。參照這些行星，地球形成的光環(huán)半徑至少也得幾萬到幾十萬千米。

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