天文学家刚刚练习了如果发现有潜在危险的小行星会发生什么

在我们的星球内外,有数以千计的彗星和小行星被称为 近地天体 (近地天体)。 多个太空机构和政府附属机构负责追踪它们,尤其是那些被称为 潜在危险的小行星 (PHA)。 这些天体之所以如此命名,是因为它们将穿越地球轨道,甚至有朝一日可能与它相撞。 考虑到过去的影响是怎样导致大规模灭绝的(比如 希克苏鲁伯冲击事件 杀死了恐龙),未来的影响是我们想要避免的!

监控 PHA 是一项巨大的责任,需要全球范围内的努力,包括跟踪、警报和备灾。 去年,来自 18 个国家的 100 多名参与者(包括 NASA 科学家和 NEOWISE 任务)进行了一项国际演习, 模拟与小行星的相遇 那做了一个 close 飞越地球。 正如美国国家航空航天局在一份 最近发布的研究,演习取得圆满成功。 吸取的经验教训可以帮助避免在不久的将来产生真正的影响,或者显着限制可能造成的破坏。

该研究发表在 5 月 31 日的 行星科学杂志 (题为“Apophis行星防御运动“),由行星防御演习工作组进行,由 毗湿奴雷迪 ——亚利桑那大学副教授 月球和行星实验室 (LPI)。 该工作组由来自 18 个国家的 100 多名参与者组成,其中包括 NASA 等设施 行星防御协调 Office (PDCO), ESA NEO 协调中心, 这 俄罗斯科学院, 这 韩国天文空间科学研究所 (KASI),以及全球许多大学和研究机构。

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小行星 99942 Apophis。 图片来源:NASA/Caltech/JPL

模拟威胁

正如雷迪和他的同事在论文中所描述的,行星防御演习是 2017 年开始的工作的高潮,旨在测试我们全球行星防御能力的作战准备情况。 该演习是在 NASA 的 PDCO 的支持下进行的, 小行星中心 (MPC)——国际公认的监测小天体位置和运动的权威机构——以及 国际小行星预警网络 (IAWN)。 这次演习被命名为“阿波菲斯战役”,因为它恰逢 close 近地天体 (99942) Apophis 在 2020 年 12 月至 2021 年 3 月飞过地球。

Apophis 是行星防御监测数据库定期监测的众多 PHA 之一。 在 2004 年被发现后不久,Apophis 被确定在 2029 年或更晚有很大机会撞击地球。 但经过多年的跟踪和几次 close 接近,天文学家改进了阿波菲斯的轨道,并得出结论,它不会构成一个世纪或更长时间撞击地球的风险。 Apophis 之所以被特别选中参加此次战役,是因为行星防御专家知道它将在 2020 年 12 月 4 日早些时候接近地球。

为了使演习更加真实,MPC 从行星防御监测数据库中删除了 Apophis,以查看行星防御系统是否可以重新正确检测、跟踪和表征它。 由于数据库中没有它的先前记录,天文学家没有什么可以参考的,这使得天文学家看起来像是第一次看到它。 其他目标包括系统进行观察、假设风险评估、风险预测和危害沟通的能力。

寻找阿波菲斯(再次)

12 月 4 日,这颗小行星开始在夜空中变亮,美国宇航局资助 卡特琳娜巡天 在亚利桑那州能够检测到它并向 MPC 报告其位置。 美国宇航局资助的 小行星陆地撞击警报系统最后一次 (阿特拉斯)和 全景测量望远镜和快速反应系统 夏威夷的 (Pan-STARRS) 进行了后续检测。 随后是 NASA 的观测结果 近地天体广域红外勘测探测器 (NEOWISE) 任务,一项依靠 广域红外勘测探测器 (WISE) 太空望远镜。

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小行星 99942 Apophis 的雷达观测。 图片来源:NASA/JPL-Caltech 和 NSF/AUI/GBO

天基 NEOWISE 提供了 Apophis 的红外观测,由于大气干扰,使用地面望远镜无法实现 – 即我们大气中的水蒸气吸收这些波长的光。 到 12 月 23 日,MPC 宣布发现了这颗“新”小行星,并将其添加到已知 PHA 列表中。 在 Apophis 的下一个 close 进近(2021 年 3 月),JPL 天文学家使用 NASA 戈德斯通太阳系雷达 (GSSR)在加利福尼亚拍摄照片(如上所示)并准确测量小行星的速度和与地球的距离。

NASA 工程师 Davide Farnocchia,他领导了 JPL 近地天体研究中心的轨道确定计算(CNEOS),在最近的 NASA 新闻稿

“尽管我们知道,实际上,阿波菲斯并没有在 2029 年撞击地球,但从第一方开始——只有几天来自巡天望远镜的天体测量数据——该物体的轨道存在很大的不确定性,理论上允许当年撞击地球。”

结果

结合其他天文台的测量结果,该演习不仅“发现”了该物体,而且还设法不断重新评估其撞击地球的机会。 正如雷迪指出的那样,他们能够排除 2029 年发生撞击的可能性以及 100 年或更长时间. “这个真实世界的科学输入对整个行星防御响应链进行了压力测试,从初始探测到轨道确定,再到测量小行星的物理特性,甚至确定它是否以及在何处撞击地球,”雷迪说。

第二篇论文描述了 NEOWISE 任务在演习期间获得的结果(标题为“NEOWISE 对潜在危险小行星 (99942) Apophis 的观测“)最近也发表在《行星科学杂志》上。 本研究由本科研究员主导 阿卡什饱和 和 NEOWISE 的首席研究员 艾米美因泽,均来自亚利桑那大学。 来自加州理工学院、加州大学洛杉矶分校的研究人员加入了他们的行列。 天文研究所和美国宇航局的喷气推进实验室。 作为饱和 解释

“从太空收集的独立红外数据极大地受益于这次演习的结果。 NEOWISE 能够确认 Apophis 的重新发现,同时还迅速收集了可用于行星防御评估的有价值信息,例如其大小、形状,甚至关于其成分和表面特性的线索。”

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来自美国宇航局“小行星之眼”的静止图像,它使用科学数据来帮助可视化小行星和彗星围绕太阳的轨道。 图片来源:NASA/JPL-Caltech

NEOWISE 测量还允许对小行星的大小进行更新评估。 正如他们在研究中指出的那样,Apophis 是一个细长的物体,“有效球面直径”为 270 至 410 米(约 885 至 1345 英尺)。 这些改进的测量使美国宇航局艾姆斯研究中心的研究小组和参与的科学家能够对这颗小行星将提供的撞击能量进行新的估计。 在对不同地理位置的影响进行的一系列模拟中,该团队发现类似 Apophis 的物体的影响“可能会在区域层面而不是全球层面造成损害”。

这种协作努力可以帮助灾害机构规划未来的影响并制定可能的缓解和疏散策略。 指导演习参与者的 PDCO 项目科学家 Michael Kelley,

“看到行星防御社区在最近的 close Apophis 的做法令人印象深刻。 即使在大流行期间,当许多演习参与者被迫远程工作时,我们也能够高效地检测、跟踪和了解更多关于潜在危险的信息。 演习取得了巨大的成功。”

去年,NASA 批准了下一代 NEO 测量员 航天器 – 一个小行星狩猎太空望远镜和 NEOWISE 的直接继任者 – 用于进一步发展。 该任务将不早于 2026 年发射,并提供更新的数据,这将极大地扩展我们对太阳系中近地小行星的了解(以及哪些小行星与地球有碰撞风险)。 2022 年 9 月 26 日,美国宇航局 双小行星重定向测试 (DART)任务将与小行星Didymos会合并与它的月球相撞,以测试一项关键的小行星防御技术(动能撞击法)。

如前所述,重大影响(和灭绝级事件)是人类想要阻止的事情。 目前有大量资源用于开发避免这种情况的一切手段。 但我们武器库中最强大的工具是定期跟踪,它确保我们为有一天可能出现的任何威胁做好准备。

延伸阅读: 美国国家航空航天局, 行星科学杂志