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发表在《自然物理学》杂志上的一项概念验证研究表明，X 射线脉冲可能能够蒸发小行星表面并改变其轨道。 |货车，照片
让我们从好消息开始：如果一颗大到足以摧毁一座城市的小行星正飞向地球，而我们提前几年就收到了警告，科学家们已经知道该怎么做才能阻止它。美国宇航局之前的双小行星重定向测试（DART）已经证明，人类可以通过用航天器故意撞击小行星来引诱太空岩石杀手远离地球。
坏消息是：这项技术并不总是有效。那么当它不起作用时你会做什么？
面对更大或更小的太空岩石，但发现得太晚，具有讽刺意味的是，为大规模杀伤性设计的核弹头可能是我们的救星。这项新研究使用了迄今为止最强大的辐射发生器之一，表明用核爆炸级 X 射线轰击甚至可以成功地将毁灭文明的大型小行星从地球上击落。
这项研究发表在本月23日的《自然·物理学》杂志上。在这项研究中，模拟的小行星目标悬挂在机器内。当机器连续发射辐射脉冲轰击目标时。目标表面的物质瞬间汽化，形成蒸汽射流，将目标变成临时火箭，使其向后飞行。
“我立刻就知道这是一个巨大的成功，”该研究的主要作者、新墨西哥州桑迪亚国家实验室的化学工程师内森·摩尔 ( Moore) 说。 “火箭效应”正是地球捍卫者在试图推开真正的小行星时所希望看到的。
这套实验设计无法完美模拟利用核爆炸来偏转小行星。但缩小模型为科学家提供了一种在不进行实际深空核爆炸的情况下测试该技术的好方法。
“所以这是一个令人兴奋的发展。”安吉拉·斯蒂克尔 ( ) 是马里兰州约翰斯约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的超高速碰撞物理学家，他没有参与这项研究 ( ) 解释道。
如何推开小行星
让我们想象一下，一位天文学家发现一颗尺寸危险的小行星正向我们驶来。
如果太空岩石足够小并且至少提前十年被检测到，我们就可以使用一种称为动能撞击器的航天器。这是实施DART计划的前提。 2022年9月，NASA使用一辆面包车大小的半自主无人航天器，故意以每小时22,530公里的速度撞向直径170米的小行星德弗斯（），极大改变了后者的轨道。
但如果小行星撞击之前的时间不到十年，或者如果来袭的小行星大到足以摧毁整个国家，那么像 DART 这样的东西可能无法帮助我们。面对大型小行星，即使有足够的提前通知，“一个动能撞击器，甚至一组动能撞击器，可能不足以保护地球免受撞击。”劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（位于美国加利福尼亚州的行星防御研究员梅根·布鲁克·西尔说。
但核弹头或许能够释放拯救地球所需的大量能量和力量。
“从小行星偏转的物理学角度来看，这使得核弹头成为（在这两种情况下）唯一可行的解决方案。”
面对极短的警告时间，航天局可能会选择摧毁小行星并将其炸成碎片。产生的大部分碎片会经过地球或在大气中燃烧掉，影响不大。此前的计算机模拟表明，如果在小行星撞击前至少两个月进行核打击，一枚百万吨级核弹就可以摧毁一颗直径为100米的小行星。一座城市）基本上完全蒸发了。然而，这是一种比较绝望的做法，可能会把小行星的“炮弹”变成猛烈的“霰弹枪打击”。
理想情况下，让它转动。为了实现这一目标，一艘配备核爆炸装置的无人航天器将被命令停靠在距离小行星非常近的地方。其上的核弹一旦引爆，就会放射出X射线、伽马射线、中性粒细胞等一阵辐射。亚辐射；辐射冲向小行星的侧面并被吸收。小行星的岩石表面立即破碎并蒸发，产生的物质涌入太空，将小行星推向相反的方向。
类似的情况也出现在DART程序中。当DART飞船撞击德摩斯时，一堆原本弱弱地束缚在一起的碎石，大量的碎片被凿出并喷射出来，产生了巨大的力量，让德摩斯产生了明显的偏转，就好像被3.6击中了一样DART 航天器。这意味着这艘微型航天器的撞击力远超其重量。
核弹可以带来比DART飞船更强的冲击力。不过，使用威力最强的核弹并不一定是最好的解决办法，因为一旦发生意外，可能就会四分五裂。瑞士伯尔尼大学的行星科学家萨宾娜·拉杜坎（ ）说：“想象一下，你稍微高估了偏转小行星所需的能量，然后数千个放射性碎片落向地球。” ” 拉杜坎没有参与这项研究。
此外，我们不太可能在太空进行核爆炸装置的行星防御试验，因为如果发射失败，放射性物质将被喷射到大气中，任何国家以任何理由寻求将核弹送入太空都会造成前所未有的政治紧张局势。
幸运的是，来自核武器试验、劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置等高能实验设施以及尖端计算机模拟的数据强烈表明，精细调整的核偏转操作“将非常有效地防止地球遭受撞击”。 ”，布鲁克·塞尔说，她没有参与这项新研究。
一组研究人员想要测试这一理论。为了找到答案，他们将迷你小行星与假核爆炸进行了对比。
桌面上的核爆炸
研究人员转向桑迪亚国家实验室的 Z 机器 (Z)。这个奇妙的装置利用强电磁场产生高温、高压和强X射线爆发。它的威力如此之大，即使是钻石放入其中也能轻易融化。
科学家选择了在太空岩石中发现的两种矿物作为核弹偏转模型的目标。它们是一块指甲盖大小的石英和一块玻璃状的熔融石英。两个靶材悬挂在Z机器一端的真空室内；另一端是一袋氩气，对其进行猛烈的电击。
然后氩气内爆，转变成一种超热的带电气体，向目标发射大量 X 射线，就像太空中的核爆炸一样。团队成员观察到目标表面汽化，形成“超音速射流”，以每小时257公里的速度将固体目标推回。
如果将实验结果放大到应用到真实的太空岩石上，研究小组估计，经过几年的预警，即使是直径4000米的小行星也能逐渐被推离地球。
使用发射率来完善 DART 等动力冲击器是实验室的常规操作。然而，该实验装置提供了一种测试 X 射线小行星偏转技术的新方法。 “研究作者在这里展示了真正的创新，”约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的物理学家帕特里克·金（ King）说，他没有参与这项新研究。
Z 机实验设置有其局限性。如此小的目标过于简单化了小行星的真实状态。真实小行星的地质构成很复杂，内部结构差异很大，这可能会影响任何行星防御技术的有效性。 “我有兴趣了解具有多种矿物成分的材料（例如岩石或陨石）的行为方式，”斯蒂克尔说。
核爆炸装置能否足够精确地偏转小行星仍然是一个问题。此外，在任何实际的小行星紧急情况中，人们总是担心核弹可能会无意中爆炸。但总而言之，这项研究对于行星防御来说是个好消息。阿格鲁萨说：“我认为核装置偏转小行星的能力已经在实验室和计算机模拟中得到了充分证明。”
“这并不是说答案总是（核装置），”金说。在任何情况下使用核装置，包括保卫地球的应用，都充满危险。 “选择使用（核装置）是一个严肃且可能严肃的决定，”他说。但最终，这项研究增加了越来越多的证据表明核爆炸可以用来拯救世界，特别是当我们时间紧迫的时候。
“一件好事是大型小行星不会经常撞击地球，”摩尔说。 “更令人欣慰的是，我们现在有办法为这种形式的自然灾害做好准备。”
罗宾撰写
