金星軌道上的“隱形艦隊(duì)”，可能是地球的潛在威脅

隱藏在太陽(yáng)光中的小行星想象圖（圖片來(lái)源：NOIRLab）

今年初，小行星 2024 YR4可能在2032年撞擊地球的消息刷屏，不過(guò)幸好隨著觀測(cè)數(shù)據(jù)的更新，撞擊的概率大幅降低。

實(shí)際上，過(guò)去二十年來(lái)，科學(xué)家在搜尋環(huán)繞太陽(yáng)、距離地球不超過(guò)1.3個(gè)天文單位的近地小行星方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。為了保衛(wèi)地球，全世界的天文學(xué)家們都在夜以繼日地掃描天空，希望能盡早發(fā)現(xiàn)并追蹤這些“不速之客”。

但現(xiàn)在，一項(xiàng)最新研究發(fā)出了一個(gè)令人不安的警告：我們可能一直忽略了金星軌道附近一大群對(duì)地球構(gòu)成潛在威脅的小行星，原因很簡(jiǎn)單——它們躲在耀眼的太陽(yáng)光里，太難被發(fā)現(xiàn)了。

目前，這項(xiàng)由巴西圣保羅州立大學(xué)天文學(xué)家進(jìn)行的研究已經(jīng)在學(xué)術(shù)期刊《天文學(xué)與天體物理學(xué)》（Astronomy & Astrophysics）上發(fā)表。

太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)拍攝的金星凌日?qǐng)D像。（圖片來(lái)源：NASA）

金星軌道上的“隱形艦隊(duì)”

太陽(yáng)系的大部分小行星都位于主小行星帶，這是一個(gè)位于火星和木星軌道之間的小行星的密集區(qū)域，據(jù)估計(jì)其中存在著50萬(wàn)顆小行星。

但此次天文學(xué)家關(guān)注的這群“隱形殺手”，運(yùn)行在地球與太陽(yáng)之間，與金星的軌道非常接近。天文學(xué)家將它們稱為“金星共軌小行星”。

共軌小行星并非圍繞金星本身運(yùn)行，而是與金星一同繞太陽(yáng)運(yùn)行——有時(shí)在金星前方運(yùn)行，有時(shí)在金星后方運(yùn)行，有時(shí)以復(fù)雜的模式與金星軌道交叉。

位于火星和木星軌道之間的小行星帶示意圖(圖片來(lái)源：維基百科)

為什么它們?nèi)绱穗y以被發(fā)現(xiàn)？

因?yàn)檫@些小行星位于地球軌道的內(nèi)側(cè)，所以要觀測(cè)它們，天文學(xué)家就必須朝著太陽(yáng)的方向看。而它們反射的那點(diǎn)微弱的陽(yáng)光，完全被太陽(yáng)自身刺眼的光芒所淹沒了。

負(fù)責(zé)此項(xiàng)研究的巴西圣保羅州立大學(xué)的天文學(xué)家認(rèn)為，有一批具有潛在危險(xiǎn)的小行星，但用現(xiàn)有的望遠(yuǎn)鏡無(wú)法探測(cè)到。

位于金星軌道內(nèi)的小行星2025 SC79，繞太陽(yáng)一周僅需 128 天，是太陽(yáng)系中軌道速度第二快的小行星（圖片來(lái)源：卡內(nèi)基科學(xué)研究所）

你可能會(huì)說(shuō)，既然它們?cè)诮鹦擒壍郎希x地球那么遠(yuǎn)，有什么好擔(dān)心的？

問(wèn)題在于，這些鄰居的“脾氣”非常不穩(wěn)定。目前已知的20顆金星共軌小行星，其軌道都高度混亂，平均每1.2萬(wàn)年就會(huì)發(fā)生一次劇烈變化，科學(xué)家們只能可靠地預(yù)測(cè)它們未來(lái)約150年的軌道。

這意味著，在某次隨機(jī)的軌道變動(dòng)中，一顆原本穩(wěn)定運(yùn)行在金星軌道附近的小行星，可能會(huì)突然“脫軌”，向地球靠近，甚至穿越地球的軌道，構(gòu)成實(shí)實(shí)在在的撞擊風(fēng)險(xiǎn)。

而目前發(fā)現(xiàn)的這20顆，可能只是冰山一角，代表著一個(gè)更龐大的“隱形艦隊(duì)”。

研究人員認(rèn)為，在這群小行星中，可能隱藏著直徑約300米的“大家伙”。它們可能形成3至4.5公里寬的隕石坑，釋放出相當(dāng)于數(shù)百兆噸TNT的能量。它們一旦撞擊人口稠密地區(qū)，將引發(fā)大規(guī)模的災(zāi)難。

不同偏心率的軌道示意圖，偏心率為0時(shí)軌道形狀為圓形，偏心率越高則軌道形狀更扁（圖片來(lái)源：維基百科）

如何找到這些“隱形殺手”？

目前，科學(xué)家之所以能發(fā)現(xiàn)那20顆小行星，是因?yàn)樗鼈兊能壍榔穆时容^高（即軌道的橢圓形狀更扁）。這意味著，它們有時(shí)會(huì)跑到離金星和太陽(yáng)較遠(yuǎn)、離地球較近的位置，讓科學(xué)家有機(jī)會(huì)在黃昏時(shí)分（當(dāng)太陽(yáng)剛剛落到地平線以下時(shí)）瞥見它們的身影。

但那些軌道更“圓”、更靠近金星的小行星，就幾乎完全“隱形”了。

位于智利安第斯山脈的帕穹山之巔的魯賓天文臺(tái)，它的望遠(yuǎn)鏡擁有史上最大相機(jī)，高達(dá)32億像素。（圖片來(lái)源：魯賓天文臺(tái)官網(wǎng)）

研究人員還探討了薇拉·魯賓天文臺(tái)（Vera C. Rubin Observatory）能否觀測(cè)到這些“隱形殺手”。魯賓天文臺(tái)今年7月首次投入使用，其望遠(yuǎn)鏡擁有迄今最大的相機(jī)，高達(dá)32億像素，但即便如此其觀測(cè)工作還是會(huì)受到太陽(yáng)光干擾以及低仰角條件的制約。

模擬顯示，魯賓天文臺(tái)只能在每年特定的時(shí)間窗口，才能捕捉到這些“隱形殺手”中的一部分，但研究人員認(rèn)為這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。要解決這個(gè)行星防御的“盲點(diǎn)”，最好的辦法可能是在金星附近部署一個(gè)專門的空間望遠(yuǎn)鏡，才有可能發(fā)現(xiàn)所有剩下的“隱形潛在危險(xiǎn)小行星”。

小行星防御全球在行動(dòng)

盡管目前要發(fā)現(xiàn)金星軌道上的這些潛在威脅還存在困難，但包括我國(guó)在內(nèi)的全球主要航天國(guó)家早已在積極構(gòu)建小行星防御體系。

美國(guó)建立了以地基觀測(cè)為主、天基監(jiān)測(cè)為輔的完整防御網(wǎng)絡(luò)，掌握了全球約98%的小行星編目數(shù)據(jù)，并通過(guò)“雙小行星重定向測(cè)試”（DART）任務(wù)，在2022年9月首次成功實(shí)現(xiàn)“動(dòng)能撞擊防御驗(yàn)證”。

2022 年 10 月 8 日，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的照片顯示，在DART撞擊后約12天時(shí)，小行星“迪莫弗斯”噴發(fā)出的碎片形成了長(zhǎng)長(zhǎng)的尾巴（來(lái)源：NASA）

歐空局在2013年成立行星防御辦公室，推進(jìn)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和處置研究；俄羅斯、日本等國(guó)也建有多臺(tái)專用望遠(yuǎn)鏡參與國(guó)際監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。整體上，全球防御體系以地基監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，正在向天地協(xié)同、在軌處置方向發(fā)展。

我國(guó)自2018年加入國(guó)際小行星預(yù)警網(wǎng)以來(lái)，已形成由中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)、冷湖巡天望遠(yuǎn)鏡、“中國(guó)復(fù)眼”雷達(dá)等組成的多層次監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)常態(tài)化巡天觀測(cè)與接力預(yù)警。

未來(lái)，我國(guó)還將實(shí)施動(dòng)能撞擊演示任務(wù)，驗(yàn)證小行星軌道改變技術(shù)，計(jì)劃構(gòu)建“動(dòng)能撞擊為主、多技術(shù)互補(bǔ)”的在軌處置能力，逐步完善天地一體化監(jiān)測(cè)、預(yù)警與防御體系，為全球行星防御貢獻(xiàn)中國(guó)力量。

作者：劉允

審核專家：北京天文館研究館員 李昕

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