11月24日,也就是昨天,一架猎鹰9号运载火箭在发射基地腾空而起,上面搭载着一艘NASA研发的小行星重新定向探测器,这是人类首次向小行星撞击地球说不,这是渺小人类与大自然的又一次崭新挑战。

而在这次挑战中,马斯克这个人类的另类又插了一脚,他的SpaceX火箭公司承担了这次意义重大的发射任务。

许多人对科学家们一再的开发太空项目十分不解,认为与其有那个钱和精力,还不如多改造改造地球,让人们吃的更好活的更舒适一些。其实这都是鼠目寸光,完全不知道科学为何物,自己现在的生活是怎么来的。

其中就有对小行星撞击危害的认识不足。

那么小行星撞击到底有多大威胁呢?

一些对天体撞击没什么概念的人,所谓小行星撞击,不就是一块大石头或大雪球掉下来吗?不就是在大地上砸出一个坑吗?即便有珠穆朗玛峰这么大的小行星,相对一望无际的地球来说,又算得了什么?

如果我告诉你,一颗100米的小行星撞击,可以撞出一个数公里的大坑;一颗10公里的小行星,可以撞出一个180公里的大坑,你还觉得无所谓吗?在六千五百万年前,就是一颗约十公里直径的小行星,撞击在墨西哥尤卡坦半岛北部,形成了一个约180公里直径的撞击坑,导致了称霸一亿六千万年的恐龙最终消失殆尽。

可能有人还是很疑惑:即便撞击出一个一百八十公里的大坑,地球周长有4万公里,表面积5.1亿平方公里,这个坑在地球表面就像篮球上的一粒芝麻,又怎么可能摧毁整个篮球上的蚂蚁呢?这是因为这些人们完全不理解速度、质量与能量之间的关系。

6500万年前的那颗小行星,撞击能量达到100万亿吨TNT炸药爆炸威力,相当于77亿颗广岛原子弹同时爆炸威力,目前的世界人口每一个人都能分到一颗原子弹;这个撞击的爆炸威力是全世界现有拥有核弹头总当量的近10000倍,还不可怕?还无所谓吗?

小行星撞击为啥有这么大威力呢?

一颗枪弹只有几克重,却可以击毙一个一两百斤的人,可以把物体打出一个大洞,就是因为其速度快。枪弹的速度一般都在每秒几百米,和音速差不多,如五四手枪弹头重量约4.3g(克),速度约每秒430米;狙击步枪子弹也超不过秒速一千米。

撞击能量的换算公式为:E=1/2mv^2。这里的E为能量,单位J(焦耳);m为质量,单位kg(千克);v为撞击速度,单位m(米/秒)。

根据这个公式,我们可以计算出一颗五四手枪子弹的撞击能量为约398J,当然这只是子弹初速度,随着弹头飞行距离,在空气阻力和地球引力作用下,速度会降低。而一些国家确定的子弹致死动能标准,美国和德国为78J,中国和俄国为98J。

小行星撞击速度有多快呢?慢则每秒十几公里,快则四五十公里,完全与枪弹不是一个数量级,撞击威力当然就要大很多。

我们按20公里秒速,来计算一下6500万年前那颗10公里直径小行星的撞击能量。假定这颗小行星是一个完美球形,密度和水差不多,根据球体积计算公式V=(4/3)πr^3,我们可得出这颗小行星的体积约为523.6km^3(立方千米或立方公里),质量约为5.24*10^14kg(千克或公斤)。

这个撞击能量有多大呢?根据公式计算,得出撞击能量约为1*10^23J。这个能量有多大呢,1吨炸药爆炸释放的能量为4184000000J,这颗小行星撞击能量就相当25万亿吨炸药爆炸当量。

6500万年前那颗小行星撞击的实际能量

科学家们给出6500万年前的那颗小行星撞击能量约100万亿吨,这说明科学家在对那颗小行星撞击能量科学建模中,采用的速度或密度、体积等数据更大。作为科普,当然要以科学界公认常识为准,因此我们这里采用撞击能量达到100万亿吨这个数据。

现在我们形象描述一下这个能量有多大:人类自从发明原子弹以来,迄今用于实战的只有两颗,都是投在日本,第一颗投在了广岛,第二颗投在了长崎。投在广岛的原子弹实际爆炸当量约1.3万吨TNT,导致了20万人死亡。

6500万年前那颗小行星撞击能量就相当于广岛原子弹威力的77亿倍。也就是说,现在世界人类老老少少加起来总人口76亿多,每人都分得一颗广岛级原子弹。

老有人说,核战阴影是人类最大的威胁,现在人类拥有的核武器足以毁灭人类若干次了。那么现在世界上拥有的核武器总量有多少呢?瑞典斯德哥尔摩国际和平研究所发布的年度报告数据,被认为是世界公认最具权威的核武器数据,2020年全球核弹头存量总数为1.34万枚,这些核弹头有大有小,平均按100万吨当量计算,总当量也只有134亿吨。

也就是说,6500万年前的那颗小行星撞击能量相当现在全世界核弹头总量的7463倍,你说要毁灭地球生态多少次?

小行星撞击的次生灾害更甚

小行星撞击导致的灾难,绝不仅仅是一次撞击带来的震动或爆炸,而是持久的灾难。撞击带来千米海啸和地壳破裂,会冲击和淹没大部分陆地,引发全球性火山爆发,形成全球性数月流火(岩浆到处溅落),岩浆灰尘迸发到高空会遮天蔽日,导致地球失去阳光数年甚至数十年,全部植物死去,食物链断裂,生态链断裂,最终所有的生物大部分灭绝。

地球需要经过百万年修复,新的生命才重新萌发,就相当一次生命重启。因此小行星撞击不但是人类的最大威胁,也是地球所有生态的重大威胁。即便是很小的行星撞击,也会给生命造成重大伤害。

如100多年前的通古斯大爆炸,伤害面积达到几千平方公里,科学研究的结果是,当时撞击那里的小行星只有几十米,而且很可能是一颗彗星,在还没有接触地面前就已经气化殆尽了,造成灾难的是它的冲击波。

2013年发生在俄罗斯车里雅宾斯克的小行星撞击事件,只是一颗约20米直径的小行星碎块,以每秒18.9公里的速度撞了下来,撞击能量约45万吨TNT当量,相当于30多颗广岛原子弹爆炸威力,好在掉落在空旷处(远离市区的结冰湖里),但还是导致7200栋建筑受损,1500人受伤。

国际应对小行星撞击危害的组织

既然小行星对人类威胁这么大,应对小行星撞击就成为人类很重要的一个任务。早在2008年,联合国就成立了一个太空探险家联合会,旨在应对来自太空的危害。2013年发生了俄罗斯车里雅宾斯克陨石事件以后,联合国感受到了日益临近的小行星威胁,决定改变太空探险家联合会发展方向,并于10月份成立了“国际小行星预警组织”。

这个组织由全球各地科学家、天文台和空间机构组成,任务是共享新发现小行星以及有多大可能撞击地球的信息,当遇到小行星威胁时,与救灾机构协作,调动全球资源采取应对措施。此外还设立了一个空间任务规划顾问组织,研究如何偏转有可能撞击地球的小行星轨道。

经过多年的研究和实验,科学家们认为,防范地球受到小行星撞击的措施主要有动能撞击、引力拖曳、核弹爆破等方法。因为小行星飞行速度都很快,当其距离较远时,并不需要多大力量,就能够让其偏移轨道。

其中动能撞击是最简单可行的方法,由此,NASA一直在做这种实验的准备。就在昨天,NASA启动了一个叫“双小行星重新定向测试”的计划,简称DART任务。这是人类有史以来第一次对小行星可能的撞击威胁进行防御的试验,对人类未来生存和繁衍有着重大里程碑式的意义。

DART任务的具体过程

这次的撞击目标并不是一颗正在撞向地球的小行星,而是一组围绕着太阳运行的双子小行星,其主星被称为“Didymos”,直径约780米,在它身边有一个卫星,被称为“Dimorphos”,直径约160米,每11.9小时环绕Didymos运行一圈。

这组小行星运行在一条环绕太阳的椭圆轨道上,环绕太阳一圈约770天,相当于地球两年多。经过长期监测,这颗小行星在可预见的时间内不会威胁到地球,NASA发射的小行星重新定向探测器只是去撞击那颗卫星Dimorphos,让其偏移轨道,且又不会脱离主星,这样就不会对地球造成威胁。

通过对这次撞击的数据监测,科学家们可以根据撞击的力度,以及小行星运动速度和偏移轨道的量,就能够计算出需要多大力量能够转移多少小行星运动轨道,为将来应对小行星撞击建立模型取得宝贵的经验数据。

经过对这组小行星长期观测监控,它们每20年会接近一次地球,下一次接近的时间在2022年10月4日,届时距离地球最近约1066万公里,这时就是DART任务选择的撞击窗口。但在太空中对准一颗小行星并非易事,不是某些人想象等小行星来了只要迎上去那么简单,而是一个长期变轨跟踪接近的过程,因此现在是最好的发射窗口。

因此,这艘承担着特殊任务的探测器,将在渺茫黑暗太空孤独地漂流近一年时间,到了明年9月底,才会到达指定位置。此时这颗小行星接近了地球,亮度可以达到14.5等,是地球上各种望远镜、雷达、卫星观测的最好时机,可以全程监测评估撞击的过程和效果。

这艘550公斤质量的探测器,届时将以每秒6.6公里的高速撞向Dimorphos,用粉身碎骨的壮举为人类获得一组宝贵数据。这只是一个开始,在未来10年,NASA和欧空局还有很多这样的后续计划。

现在我们可以期待的是,明年的10月份,又有一出关系到人类命运的大戏开场。

我非常感谢人类有这样一群高瞻远瞩的人们,包括马斯克和许多科学家,正是他们的“杞人忧天”精神和未雨绸缪,才让人类更有安全感。由此我更对那些不尊重科学甚至肆意贬损科学家的人渣不齿。如果没有科学带来的文明并保驾护航,哪有这些人的醉生梦死大言不惭?

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来源: 原创

小行星撞击威胁有多大?NASA启动了防御测试,马斯克又插了一脚

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科学不断提升人类应对天灾的能力,将来还会害怕小行星撞击吗?