“小行星撞地球”向來是科幻電影的熱門題材，但在現(xiàn)實中如何應(yīng)對小行星的威脅，科學(xué)家仍在不斷努力驗證。在日前舉辦的第三屆深空探測（天都）國際會議上，我國科學(xué)家提出了建設(shè)相對完善的近地小行星探測防御體系的構(gòu)想。中國探月工程總設(shè)計師、深空探測實驗室主任兼首席科學(xué)家吳偉仁介紹，在不久的將來，我國將實施小行星動能撞擊驗證任務(wù)，通過觀測、撞擊及聯(lián)合監(jiān)測評估防御效果。那么，實施主動撞擊小行星任務(wù)有哪些可行性方案？撞擊成功對建設(shè)全球小行星防御體系又有何助益？

為什么要防御近地小行星

當(dāng)我們談到“小行星防御”時，指的都是近地小行星。近地小行星一般定義為能夠進(jìn)入距太陽1.3個日地距離的小行星。它們的軌道要么與地球軌道相交，要么將來被行星引力擾動后可能與地球軌道相交。太陽系沒有“扳道工”，如果小行星與地球軌道相交，二者就有“撞車”的風(fēng)險。

入夜，我們仰望蒼穹，一道道流星倏忽明滅。其實，每道流星都是一起微型的“撞車事故”，并提醒著地面上的人們：太陽系擁擠紛亂，一點兒都不太平。據(jù)估算，每天有大約2500萬顆流星體闖入地球大氣層，每年總重量可達(dá)15000噸。絕大多數(shù)流星體只有沙礫大小，沖進(jìn)地球大氣層后很快就灰飛煙滅了，不會帶來實質(zhì)性傷害。然而，“流星體”和“小行星”只是人類起的名字，它們之間并沒有清晰界限。如果一顆流星體天賦異稟、“牛高馬大”，就可能伴著熊熊火光呼嘯而下，一直砸到地球大氣底層甚至地面上，造成重大災(zāi)難。這時我們就很難再稱其為“流星”，而只能把它歸入小行星撞擊事件了。

本世紀(jì)最著名的小行星撞擊事件發(fā)生在2013年2月15日，那天清晨，俄羅斯的車?yán)镅刨e斯克上空劃過一道火流星，在空中留下了大約10公里長的明亮塵跡，而未燒盡的隕石在冰封的車巴庫爾湖面上砸出一個6米寬的大洞?；鹆餍堑谋ㄕ鸩ㄊ?200多座房屋受損，近1500人受到間接傷害。據(jù)科學(xué)家估算，這場飛來橫禍的肇事者是一顆直徑近20米的小行星。

一個世紀(jì)前的通古斯大爆炸更是威名赫赫。1908年6月30日，俄羅斯的通古斯河附近上空發(fā)生了一起震天撼地的大爆炸，沖擊波震碎了方圓650公里內(nèi)的窗戶玻璃，逾2100平方公里范圍內(nèi)的樹木倒伏焚毀，就連英國的氣壓記錄儀都測到了爆炸導(dǎo)致的氣壓波動。幸好當(dāng)?shù)厝藷熛∩?，官方報告沒有人員傷亡。現(xiàn)在科學(xué)界普遍認(rèn)為，這場大爆炸是由一顆直徑65米左右的石質(zhì)小行星造成的。

更不用說6600萬年前開啟白堊紀(jì)滅絕事件的那顆小行星了，它的直徑至少10公里，以每秒20公里的速度擊中了如今的墨西哥尤卡坦半島地區(qū)，導(dǎo)致了以非鳥恐龍為代表的地球上75%的物種大滅絕。

看到這些小行星的數(shù)據(jù)，一些人可能會感到奇怪：直徑幾十米的小行星能夠殃及成百上千公里，公里級別的小行星甚至能夠掃蕩全球，究竟是怎么做到的呢？

這是因為小行星是個具有極高速度的三維立體。假設(shè)小行星是個均勻球體，那么它攜帶的動能約等于密度×直徑×速度÷3.82（全部依國際單位制）。以擊中墨西哥尤卡坦半島的“恐龍終結(jié)者”為例，若其密度取碳質(zhì)球粒隕石常見的3300千克/立方米，直徑取10000米，速度取20000米/秒，套入以上公式，那么最后得到的能量（單位焦耳）將是個長達(dá)24位的巨大數(shù)字。假如地球5億平方公里的表面均勻覆蓋著2米深、0℃的水，這個令人不寒而栗的能量足以把這些水全部燒開。這樣看來，居然有生命能在那場大浩劫中幸存并延續(xù)，確是不可思議的奇跡。

部署太空監(jiān)測系統(tǒng)追蹤可疑目標(biāo)

據(jù)估算，大約每5000年就會有一顆直徑140米以上的小行星和地球相撞，對人類文明構(gòu)成潛在威脅。今年年初，小行星2024 YR4就以最高3.1%的撞擊幾率嚇了大家一大跳，好在后來警報解除。所以，面對近地小行星的威脅，人類一直在積極探索主動防御的方案。

要想開展小行星防御，首先要盡早查明它們有多少，各自如何運(yùn)行。自30年前起，全球就有多個近地小天體監(jiān)測項目陸續(xù)啟動，截至2025年9月，已發(fā)現(xiàn)39000余顆近地小行星，其中等效直徑（用于將不規(guī)則物體等效為球體的關(guān)鍵參數(shù)）140米以上的有11400多顆、千米量級的有877顆。經(jīng)過精密測量與計算，絕大多數(shù)已知的近地小行星都已排除了百年內(nèi)撞擊地球的可能性。

目前，人類探測與監(jiān)視小行星的工作主要依靠地面上的大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡開展，但由于地球大氣和地面物體易產(chǎn)生干擾和遮蔽，“漏網(wǎng)之魚”在所難免。例如，車?yán)镅刨e斯克遭遇的那顆小行星就是從太陽方向撲過來的，地面天文臺根本無法發(fā)現(xiàn)；小行星2019 OK，在本該能夠看到它的那幾天正值滿月，待到科學(xué)家驚覺時，離它飛掠地球只剩一天了。

所以，人類必須在太空中部署天基監(jiān)測系統(tǒng)，這樣，明晃晃的日月與黑洞洞的太空互不侵?jǐn)_，就可以“白天找星星”了。美國在2009年底發(fā)射了“廣域紅外線巡天探測器”（WISE），在紅外線波段執(zhí)行了為期半年的巡天任務(wù)，結(jié)果顯示，在發(fā)現(xiàn)近地天體方面，其深度和廣度都遠(yuǎn)超地面巡天觀測的效果。

防撞策略選“閃電戰(zhàn)”還是“持久戰(zhàn)”

發(fā)現(xiàn)近地小行星之后，科學(xué)家要做的就是將它拒之門外。目前已有多種理論可行的方案，有的已經(jīng)通過實踐驗證。

從見效時間來看，針對小行星的“防撞策略”可以歸為兩類：“閃電戰(zhàn)”和“持久戰(zhàn)”。按宏觀效果來分，又可歸為兩類：瓦解和推離。瓦解就是使小行星分裂，四散的碎塊“脫靶”地球或者小到足以在大氣層中燒盡。推離則是把小行星帶離軌道，或者讓它走得快些、慢些，提前、滯后到達(dá)與地球的軌道交叉點，同樣可以達(dá)到脫靶的效果。地球在公轉(zhuǎn)軌道上每走一個自身身長大約需要7分鐘，推離就是要為地球爭取這7分鐘的自救時間。

具體來說，針對小行星的瓦解和推離有多種“作戰(zhàn)”方式。

閃電戰(zhàn)式瓦解

核爆炸：利用核武器產(chǎn)生的大量熱能直接摧毀小行星，或使其局部氣化，將自身撕裂或推離軌道。

閃電戰(zhàn)式推離

動能撞擊：發(fā)射撞擊器以一定的速度和角度撞擊小行星，使其軌道發(fā)生改變。如果小行星表層下具有可揮發(fā)物質(zhì)，那么撞擊和陽光照射造成的物質(zhì)噴發(fā)可進(jìn)一步將小行星推離軌道。

持久戰(zhàn)式推離

著陸挖掘：在小行星表面安置著陸式挖掘機(jī)，不斷挖掘小行星物質(zhì)并拋向太空，拋射產(chǎn)生的后坐力會將小行星漸漸推離軌道。

引力牽引：發(fā)射一個航天器到小行星身邊伴飛，通過航天器和小行星之間持續(xù)的引力作用，把小行星逐漸帶偏。

著陸推離：航天器著陸到小行星表面，利用航天器發(fā)動機(jī)的推力使小行星改變軌道。

激光燒蝕：使用強(qiáng)激光照射小行星表面，使之局部氣化，所引發(fā)的物質(zhì)噴射會使小行星的軌道發(fā)生改變。

離子束流：用航天器上的離子推進(jìn)器產(chǎn)生高指向精度的高速離子束持續(xù)照射小行星表面，產(chǎn)生的持續(xù)作用力可以改變其運(yùn)行軌道。

熱輻射壓：將與小行星自身明暗截然不同的物質(zhì)噴涂到其局部，改變它對陽光的吸收與熱輻射壓力，利用“雅爾可夫斯基效應(yīng)”（指小行星因吸收陽光后表面受熱不均，通過熱輻射產(chǎn)生微小推動力，導(dǎo)致軌道發(fā)生偏移的現(xiàn)象）達(dá)到驅(qū)離小行星的目的。

這些方案各有利弊和適用場景，技術(shù)成熟程度也不同。比如說，倘若小行星下個月就要撞地球，那么任何持久戰(zhàn)方案都派不上用場?？苹么笃杏^眾喜聞樂見的核爆大場面，技術(shù)上雖然足夠可行，實施前卻先要提交聯(lián)合國和平利用外層空間委員會審議，另外還有一重風(fēng)險：萬一計劃失敗，擊中地球的將是一顆自帶核污染的小行星。著陸挖掘法的技術(shù)難點是在微重力下穩(wěn)定附著小行星并持續(xù)挖掘、拋射，國際上幾次成功的小行星采樣任務(wù)以及我國正在實施的天問二號任務(wù)都可視作對此技術(shù)的嘗試與拓展。熱輻射壓法的應(yīng)用前景比較一般，以貝努小行星為例，“雅爾可夫斯基效應(yīng)”在12年時間尺度里對其軌道的影響僅為185公里。

相比之下，在種種方案中，動能撞擊法是國際上已經(jīng)做過驗證的，技術(shù)簡單可靠，成熟度高，靈活性強(qiáng)，對個頭較小的小行星收效顯著，也是我國這次準(zhǔn)備實施的計劃。

中國方案擬定“伴飛+撞擊+伴飛”模式

中國深空探測實驗室提出的這項近地小行星撞擊任務(wù)，將是近地小天體防御系統(tǒng)技術(shù)攻關(guān)的首次實踐。執(zhí)行任務(wù)的航天器計劃于2027年使用長征三號乙運(yùn)載火箭發(fā)射，在2029年對目標(biāo)小行星2015 XF261實施撞擊。這顆小行星的直徑在24米到84米之間，沿著一個扁扁的橢圓軌道圍繞太陽運(yùn)行，繞太陽一圈約360天，比地球的一年稍短些。

航天器將以觀測器與撞擊器組合體的方式發(fā)射升空，而后分別實施深空機(jī)動，其中觀測器將飛掠金星借力助推，于2029年初率先抵達(dá)目標(biāo)小行星開始伴飛，對它的大小、形狀、成分、結(jié)構(gòu)、軌道等特性開展全方位的前期觀測，研究其起源、軌道遷移歷史和未來演化趨勢。待摸清“家底”后，撞擊器再于2029年4月實施高速撞擊。撞擊完成后，觀測器還將繼續(xù)對目標(biāo)小行星開展后續(xù)觀測，以評估撞擊效果。簡單總結(jié)，這項任務(wù)擬采用的是“伴飛+撞擊+伴飛”的模式。

目前初步確定了用于觀測器的4臺科學(xué)載荷，包括光譜及激光三維探測儀、中視場彩色相機(jī)、探測雷達(dá)、塵埃與粒子分析儀。任務(wù)全程將通過天地聯(lián)合方式，采用近距離高速成像技術(shù)，對小行星軌道與地形的變化以及濺射物分布等撞擊效應(yīng)進(jìn)行研究，準(zhǔn)確評估撞擊效果，揭示撞擊動量傳遞規(guī)律，為未來實施小行星防御任務(wù)提供理論支撐和決策依據(jù)。

目前，我國已建成紫金山天文臺1米專用望遠(yuǎn)鏡、冷湖2.5米大視場巡天望遠(yuǎn)鏡，以及興隆2.16米、麗江2.4米和1.8米望遠(yuǎn)鏡；“中國復(fù)眼”規(guī)劃建設(shè)25部30米孔徑雷達(dá)，建成后將具備對千萬公里外小行星的探測與高精度成像能力，初步形成多功能高效協(xié)同的地基監(jiān)測網(wǎng)。隨著近年來我國航天科技不斷取得突破性進(jìn)展，相信未來計劃建立的近地小行星監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和防御系統(tǒng)，將刷新我國在這一領(lǐng)域的成就。

總之，小行星探測、防御和資源開發(fā)對全人類具有深遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義，也是國際社會的廣泛共識。此次第三屆深空探測（天都）國際會議期間，中國向全球伙伴發(fā)出合作倡議，在地面聯(lián)合監(jiān)測、聯(lián)合研制與載荷搭載、數(shù)據(jù)與成果共享等方面開展積極合作。正如吳偉仁所說：如果全球共享數(shù)據(jù)，共同掌握科學(xué)成果，最后可能得出更加精確的結(jié)論和科學(xué)的認(rèn)知，整個人類都能獲益。