找死的小行星？
迎接「瘋狂的石頭」
2013年2月15日，烏拉爾山區原本極其普通的一天，現在已經成為一個最不平凡的日子。來自世界各地的遊客們早已守候在覆滿白雪的西伯利亞田野，這裡冬季的黑夜格外漫長，但黑夜和寒冷並沒有影響人們的好心情，因為當黎明接近時，積雲籠罩多日的天氣已經放晴，深邃空曠的天空終於完美地展現出來。人們帶著安逸的心情欣賞這深藍色的夜幕——2月份的恆星格外耀眼明亮，它們出現在了比平常更高的位置，緩慢地繞著北極星旋轉，而並不十分多見的偶現流星也頻繁地划出亮線，似乎在為稍後的演出做準備。
這是一場什麼演出呢？這麼隆重！
原來這場演出的主角是一顆小行星，它將空降烏拉爾山區。
許多商業大亨和名人政要也來到了烏拉爾山區的車裡雅賓斯克市，甚至有謠言說，俄羅斯總統普京也在其中。這些人不滿足於在地面觀看隕石雨，他們乘坐包機，在車裡雅賓斯克上空亂飛。但是，科學家們禁止包機飛入一些特殊的空中區域，這些地方或者留給了來自俄羅斯聯邦航天局、歐洲太空總署和美國航空航天局的科研飛機，或者是小行星路徑投影正下方的空中禁區。為了防止光污染的干擾，車裡雅賓斯克附近的城市全都實行燈火管制——每一個人都時刻準備著記錄即將到來的「飛火流星」。
以上所謂盛大的天文觀摩大會的描述，其實是半虛構的，但2013年車裡雅賓斯克隕石墜落事件卻是真實的，那次隕石災難造成了1200人受傷以及3300萬美元的損失。科學家認為，如果我們在「小行星發現」和「小行星防禦」方面的努力提早10年的話，車裡雅賓斯克的隕石災難就可能變成上面的天文觀摩盛會。
科學家的說法是有根據的。因為現在已經有一系列強大的天基紅外巡天望遠鏡，比如擬建的哨兵太空望遠鏡，再加上專業的地面望遠鏡，比如在建的歐洲極大望遠鏡和大口徑全景巡天望遠鏡，也許能夠提前預報出直奔地球的直徑20米的小行星。
如果那時先進的小行星監測系統已經到位，車裡雅賓斯克隕石事件中科學家們會有什麼動作呢？
準備觀測「火球」
科學家們假設，如果在2013年初，兩個新型的天基紅外巡天望遠鏡早在1月份就發現了這顆小行星，說明這顆小行星離地球已經很近了。到了2月初，美國加利福尼亞州金石地面站的射電天文望遠鏡和波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡也能夠看到它了。
小行星的反射光譜表明，它是一顆普通的岩石成分的球粒狀隕石，直徑大約在17米到20米之間。它的質量難以確定，沒人知道它到底是一顆岩石還是一顆多孔的碎石，根據尺寸計算，它的質量不會超過1.2萬噸。通過這麼多望遠鏡的聯合觀察，科學家們已經能夠精確預測出小行星的軌道、撞擊時間（精確到秒）和撞擊位置（精確到千米），而且知道小行星將以每秒鐘19千米的速度進入大氣層。在進入地球大氣時，小行星肯定會爆炸，爆炸的能量將達到數百萬噸TNT的威力，是廣島原子彈的幾十倍。
如果天文學家對小行星的計算到了如此精確的地步，那麼在2013年2月15日，早在烏拉爾山的東南部天空開始泛出微弱火光之前，科學家們早已花了1個星期來校準和調試設備。高清照相機、望遠鏡、輻射計、雷達天線和支架、光譜分析儀和光學高溫計全都指向了東部的天空，而且所有的儀器全都安裝在平衡環上，使儀器以合適的旋轉速度追蹤「火球」。在隕石預期的著陸點附近，研究人員也已經部署好地震檢波器、麥克風、次聲波探測器、微氣壓計、風速計和塵埃收集器……
並且在日出之前，科學家們還會發射無人機和熱氣球，主要是為了精確讀取大氣狀況、記錄爆炸產生的衝擊波在三維空間的傳播情況。
儘管科學家們收到了安全警報，但他們毫不理會，因為這個觀測機會是獨一無二的。
當然這一切並沒有成為現實，但這並不妨礙我們繼續假設，當天文學家們真的抓住這個機會，他們會看到什麼壯觀的景象？
壯觀的「演出」
在日出前的15分鐘，雷達已經從地平線處接收到強烈的反射波，此時小行星還位於太平洋上空數千千米處。12分鐘後，它穿過了中國和哈薩克的上空。再過幾分鐘，俄羅斯將發射一系列煙示探空火箭，它們就好像煙花，沿著小行星軌道的側翼飛行，以測量衝擊波，就好像冷戰時期測量核武器威力時的場景。當小行星進入俄羅斯境內、離撞擊地點還有100多千米遠的時候，靈敏的紅外探測器和輻射計已經鎖定它了。
現在，小行星的速度已經達到了每秒19千米，但主要是橫向移動，下降的速度約是水平速度的1／3。這對每個人來說都是幸運的，科學家們會有更多的時間來搜集數據，遊客能看到更長時間的演出，當地居民也會免於小行星正向撞擊而帶來的滅頂之災。
當小行星開始進入高空中大氣邊緣時，它快速地撞擊空氣、壓縮前面的空氣，使空氣變成了隨小行星運動的高溫等離子體。在小行星的前面，高溫等離子體發射出了強大的衝擊波，在小行星的後面，高溫等離子體被卷繞起來形成了一個鉛筆頭般的尖尾。幾秒種後，小行星進入了厚厚的大氣層，這裡的空氣被壓縮時會形成緻密的濃雲，而人類也已經可以憑藉肉眼觀看到熱等離子體的亮光了。
此時，科學家們開始歡呼，遊客們也相互擁抱，拒絕撤離，他們企圖去尋找隕石殘片，然後賣個好價錢。但「演出」才剛剛開始，在接下來的10秒鐘，這顆小行星會變得更亮，因為它將壓縮更加緻密的空氣，迫使它們變成更熱的等離子體。小行星的核心目前仍然是「安靜」的，因為它後端的大氣稀薄，產生的壓力不足以打破或者毀壞堅硬的岩石。但是，前端的熱量已經滲入岩石表面，一些材料將會被極速蒸發，然後掃進後端的「尾巴」里。
令人興奮的過程仍在持續，來自空氣的壓力終於超過了岩石自身的強度，小行星的核心開始斷裂。岩石的破裂意味著將獲得更大的表面積，同時代表將面臨更大的阻力，更大的阻力又會造成岩石的進一步破裂。當破裂的碎片足夠小時，它們會完全蒸發，動能完全轉化成了爆炸的能量，小行星的墜毀演出來到了高潮的頂點。儘管巨大的爆炸照亮了天空，但它看上去更像一個純粹的火花，一閃而過之後繼續西去。紅外和雷達可以跟蹤它幾秒鐘，在小行星著陸之前估計出小行星的著陸地點。
在爆炸從視野里消失的時候，包機和私人飛機要忙著逃離現場了。它們不是超音速飛機，爆炸產生的衝擊波會追上它們，所以飛得越遠越好。更需要逃離的是爆炸區域附近的居民，地面天文基站早已為他們評估了風險並設計好了應對方案。1分鐘後，爆炸的衝擊波來到了車裡雅賓斯克市，但它造成的損壞並不大，因為居民早已得到警告，用柵木板固定了玻璃，3300萬美元被省下了。
最後，在不遠處冰凍的切巴爾庫爾湖，通過追蹤的數據，科學家們迅速找到了隕石最大的一塊殘片。而通過陣列聲波感測器，其他較大的碎片也會被定位。和業餘搜藏家們賽跑之後，科學家們將隕石送到實驗室，進行同位素檢測。
預測「投向死亡」的SL9
上述假設的故事在科學上是正確的，而關於遊客和防範的部分，則是科幻小說。為了使上述的故事能夠實現，科學家們還需要尋找更多近地天體，尤其是那些終點指向地球、沒有「請帖」就匆匆而來的不速之客，比如車裡雅賓斯克隕石。科學家喜歡稱這種天體為「投向死亡」的小行星，因為當這些小行星被發現時，它們已經走在了「投向死亡」的道路上，既不能再次出現在圍繞主星的軌道上，也沒有時間來轉移路線，只能毀滅。幸運的是，大部分「投向死亡」的小行星都比車裡雅賓斯克隕石小得多，它們威脅不大，反而能給科學研究和旅遊業創收帶來機會。
科學家對於「投向死亡」小行星的研究興趣源於1994年撞擊木星的蘇梅克—列維9號彗星（簡稱SL9），它是首個在墜毀之前就被人類預先發現的「投向死亡」小行星。1993年3月24日，美國加州帕洛瑪天文台的科研人員發現了SL9，當時它只剩下環繞木星最後的兩年時光了。由於和木星的距離已經非常接近，SL9已經被強大的引力撕成20多塊碎片。科學家當時就認定，SL9的20多塊碎片將組成浩浩蕩蕩的彗星群，魚貫而行，如同一列細長的太空列車，將於1994年7月份撞進木星。
SL9是在非常完美的時機被發現的，1994年天文學的一些新發展成果正好可以被科學家們充分利用。那時哈勃望遠鏡剛開始服役，可以拍攝出非常高質量的圖像，新墨西哥州的桑迪亞國家實驗室也剛剛組裝了世界上最強大的計算機，使科學家們能夠精確模擬撞擊事件並作出有意義的預測。科學家們把SL9與木星的撞擊當成天空中的一項巨型實驗，通過觀察SL9軌道和撞擊的時間、位置來檢驗計算機模型是否正確。這絕對是一個你在地球上任何實驗室都無法完成的大規模實驗。
為此，科學家利用計算機模擬了SL9撞擊的過程。他們參考了20多個不同尺寸的碎片的數據，做了一系列的模擬。模擬結果表明，撞擊點將位於木星的背面，撞擊殘骸會產生大火球或者羽狀的白熾熱氣，從木星的東南邊緣升起，亮度足以被地球觀察者看到。隨後，哈勃望遠鏡觀測到的漂亮圖片證實了科學家們的預測。
尋找奔向地球的死亡行星
科學家們意識到，大氣層出現的巨型火球並非木星獨有，當地球上空發生爆炸時，應該會出現同樣的現象。科學家們又模擬了1908年的通古斯大爆炸，同樣會出現一個非常高的大火球，而這與歷史觀測記錄是吻合的。但科學家並不滿足於此，他們希望建立一個系統，可以搜索到奔向地球並帶來某種規模爆炸的小行星，並且能夠預先提出警報。這樣可以在小行星墜毀之前仔細觀測它們的特徵，又有利於改進我們的模型從而對未來做出更好的預測。
在過去的20年里，天文技術已經取得了很大的發展，目前諸如近地天體廣角紅外線探測望遠鏡、全景巡天望遠鏡和卡特林那巡天系統都在努力編目具有潛在破壞力的近地天體，這對於科學研究和小行星防禦都有很大的益處，而且其成本要低於從小行星上帶回一塊樣品所需的費用。
經濟效益也會增加這項科學活動的吸引力。興奮的遊客會願意花一大筆金錢來看一個宇宙奇觀。也許，冒險的魅力和隕石越來越高的價格將在同一時間激勵投資者、科學家和政府官員。如果這些都成真的話，在下一次投向死亡的行星到來時，觀測點的票價將成為人們最關心的問題。
本文源自大科技*科學之謎2016年第6期雜誌、歡迎廣大讀者關注我們大科技的微信號：hdkj1997
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