預警小行星闖入是怎樣做到的？如何衡量小行星的危險程度？

北京時間3月12日凌晨5點23分，一顆直徑約2米的小行星2022 EB5闖入地球大氣層，在冰島附近海域上空解體爆炸。這是人類有史以來第五次提前預警小行星闖入事件，前4次都是由美國望遠鏡系統發現，這次是由位於匈牙利、編號爲K88的雙魚座天文臺發現。

那麼，此次小行星闖入預警是怎樣做到的？我們約請中國科學院國家空間科學中心研究員李明濤爲大家作介紹。

需要一點運氣的發現

2022年3月11日，一個再平凡不過的晚上，在匈牙利布達佩斯附近的雙魚座天文臺，天文學家克里斯蒂安·薩爾內茨基在當地時間晚上7點準備開始一整夜的巡天觀測。他的目標是尋找那些來自太空中的危險小行星。

這是一項需要一點運氣的工作。因爲天文學家不知道這些太陽系的“小不點”會在什麼時候、從哪個方向飛過來。所以克里斯蒂安·薩爾內茨基只能把夜空劃分成一個個小格子組成的天區，就像棋盤或者漁網一樣，然後利用他的望遠鏡對這些“網孔”進行逐個掃描觀測。如果運氣好，他會在這塊天區中發現一顆移動的小行星，如果他足夠幸運，趕在別的望遠鏡之前發現這顆小行星，他就會擁有這顆小行星的命名權。

這並不容易，因爲他的設備是一臺0.6米口徑的施密特望遠鏡。衡量望遠鏡觀測能力的一個關鍵指標是其口徑，口徑越大，收集光線能力越強，越能在更遠的地方發現更闇弱的小行星。相比美國的卡特琳娜巡天系統（三臺望遠鏡，最大口徑1.5米）等，雙魚座天文臺的望遠鏡在觀測口徑方面並不佔據優勢。但也並非完全沒有機會，因爲美國的望遠鏡大部分部署在美國本土和太平洋上的夏威夷島。雙魚座天文臺位於東歐，在地理位置上正好可以與美國開展“接力”觀測。

比如此時，美國本土和夏威夷島的望遠鏡還處於白天呢。性能再強大的光學望遠鏡在白天也只能“趴窩”，因爲白天耀眼的陽光會將小行星十分微弱的信號淹沒，就像我們白天看不到星星一樣，光學望遠鏡在白天也看不到小行星。“個頭”較大的小行星大部分在很遠的地方被美國那些大口徑的望遠鏡提前發現了，但總還有一些小尺寸的漏網之魚。這些“小傢伙”們太小了，他們反射的太陽光過於闇弱，只有在臨近地球前，纔可能被望遠鏡看到。美國望遠鏡在白天睡大覺，這正是雙魚座天文臺發揮用武之地的好機會！

畢竟這類小行星並不多，克里斯蒂安·薩爾內茨基並沒有太多期待。他像往常一樣制定觀測計劃，對那些天區格子進行逐個掃描。在當地時間20時24分（格林尼治時間19時24分）的時候，他發現一個亮度約17等星的移動目標——有條“魚”上鉤了。克里斯蒂安·薩爾內茨基很清楚這條“魚”的運動速度，多年的觀測經驗讓他相信，這條“魚”一旦咬鉤就不可能從“漁網”中逃脫，因此他並沒有中斷觀測計劃，而是讓望遠鏡繼續掃描後面的天區格子。

半小時後，克里斯蒂安·薩爾內茨基完成了預定的觀測計劃。當他調動望遠鏡再去找那條“魚”時，他驚訝地發現“魚”兒不見了。難道這條“魚”遊得特別快？克里斯蒂安·薩爾內茨基很快在原本預計位置的北面天區發現了這條“魚”，還有它在天空遊動時劃過的“尾跡”。顯然，這不是一條尋常的“魚”，這是克里斯蒂安·薩爾內茨基多年觀測生涯中沒有發現過的。這條“魚”的遊動速度顯然超出了絕大部分的小行星。

克里斯蒂安·薩爾內茨基最開始認爲，這是一顆人造物體，或許是運行在地球大橢圓軌道上的廢棄火箭末級，否則它不可能“遊動”這麼快！然而，緊接着，一個不可思議的想法出現在他的腦海裡：這會不會是一顆將要撞擊地球的小行星？如果它不是一顆人造物體，就一定是一顆將要撞擊地球的小行星。因爲只有將要撞擊地球的小行星纔可能移動這麼快！

克里斯蒂安·薩爾內茨基將望遠鏡觀測圖片的座標輸入到軌道計算軟件中。軟件提示：撞擊！格林尼治時間2022年3月11日21時22分，北緯70.263°，西經9.88809°。也就是說，距離這顆小行星撞擊地球只有1個半小時了！

一波三折後成功觸發預警

克里斯蒂安·薩爾內茨基無數次夢想，希望有一天他能發現一顆撞擊地球的小行星，但他從來不相信自己能真正做到。

通過亮度和速度來判斷，這顆小行星可能直徑只有幾米，會在大氣層中燒蝕解體，不會對人類造成任何威脅。這也是人類有史以來，第五次在小行星闖入地球前，預警到小行星闖入事件。此前4次分別是2008 TC3、2014 AA、2018 LA和2019 MO，全部由美國望遠鏡發現。從發現到闖入地球至少有8小時時間。但這一次只有兩個小時，如果排除掉確認小行星耗費的半小時，僅有1.5小時。

克里斯蒂安·薩爾內茨基激動萬分，他已經將數據上傳到國際小行星中心的待確認天體頁面。國際小行星中心是國際天文學會支持的機構，依託哈佛大學史密鬆天體物理臺運行，是全球小行星觀測的數據樞紐，負責匯聚全球觀測數據，並引導全球觀測者對剛發現的小行星進行跟蹤測量，以便儘快確定小行星的軌道。與此同時，他還試圖將觀測數據發送到小行星觀測社區，以便將這個“大事件”第一時間告知國際觀測同行。匆忙中，他寫錯了郵件地址，最終郵件沒能被髮送到小行星觀測社區。

幸運的是，克里斯蒂安·薩爾內茨基上傳到國際小行星中心的數據，觸發了歐洲空間局的“海貓”小行星撞擊評估系統和美國宇航局“偵察兵”小行星撞擊評估系統。根據最初的4次觀測數據，這顆小行星撞擊地球的概率約爲1%。1個小時後，格林尼治時間20時25分，克里斯蒂安·薩爾內茨基上傳了10次最新的觀測數據，撞擊概率上升到100%。在正式確認這顆小行星會撞擊地球大氣層後，“海貓”系統將警報信息發送給歐洲近地天體協調中心，“偵察兵”系統將消息通報給美國宇航局近地天體研究中心和行星防禦協調辦公室。

“偵察兵”系統預計小行星將於格林尼治時間21時23分隕落在挪威簡梅耶島西南方向140公里處的海洋中，隨後超聲波傳感器觀測數據也證實撞擊時間和撞擊地點。爆炸地點在海洋無人區，因此沒有獲得任何光學資料。

根據光學和超聲波觀測資料估計，這顆小行星直徑約2米，撞擊地球的能量相當於約4000噸TNT炸藥。由於絕大部分能量通過解體爆炸在高空釋放，這顆小行星沒有對地球上的生命財產造成任何損失。最終這顆小行星被命名爲2022 EB5，這是人類第五次成功預警小行星闖入地球事件，也是歐洲第一次預警小行星闖入地球事件。

這類2米尺寸的小行星數量極其龐大，可能每個月都會撞擊地球，形成耀眼的火流星事件。由於尺寸小、亮度闇弱，往往只有臨近地球前幾個小時，纔有機會利用光學望遠鏡發現它們。不過這類小行星危險不大。行星防禦領域主要關注等效直徑幾十米尺寸以上的近地小行星。

小行星預警盲區怎麼破？

對於防範近地小行星來襲，目前世界上都做了哪些工作？

等效直徑大於140米的近地小行星，撞擊地球可引發區域級危害，其理論數量約2.4萬顆，目前發現完成率約爲40%。依託先進的地基光學望遠鏡能夠在上億公里距離提前監測到這類大尺寸小行星，因而可以通過普查編目的方式對其進行長期預警，預警時間可達年級、十年級甚至百年級。在發現這類小行星後，可通過光學望遠鏡和雷達對其進行跟蹤測量，確定其高精度軌道數據信息，計算小行星撞擊地球的可能性，即撞擊概率。結合小行星的光譜和雷達測量，推斷小行星的材質類型（碳質、岩石質和金屬質），進一步評估其危險等級，爲實施有效的在軌處置提供支持。

直徑幾十米級的近地小行星，撞擊地區可引發城鎮級甚至大型城市級危害，其理論數量多達數百萬顆，目前發現量不足3%。由於其數量龐大、反光闇弱，短時間內難以將其全部普查編目完畢。因此應當發展臨近告警系統，在小尺寸小行星撞擊地球前一定距離範圍內（比如750萬公里），構建臨近告警圈，對其實施臨近告警，爲疏散地面人口、實施有效救援提供支持。

地基光學望遠鏡由於大氣、光照等因素影響，無法對來自白天方向的小行星進行觀測，存在白天方向的預警盲區。天基監測具有全天時、全天候的優勢，通過優選深空軌道，可以爲預警地基盲區小行星提供有效手段。因此天基觀測將成爲近地小行星監測領域的發展趨勢。

在小行星監測領域，美國目前位於領先地位，建設了包括卡特琳娜、泛星計劃、地球撞擊臨近告警系統等先進的光學觀測系統，以及金石等行星雷達探測系統，發現了全球超過98%的近地小行星。

在小行星觀測方面，我國目前有紫金山天文臺盱眙觀測站建設的一臺1.2米口徑專用望遠鏡，迄今爲止發現了30顆近地小行星。特別值得一提的是，今年1月1日，紫金山天文臺科研人員發現了今年國際上第一顆小行星2022 AA。近期，中國科研人員在行星科學領域知名期刊《Icarus》發表文章，提出在地球軌道前方約千萬公里處的地球領航軌道上部署天基望遠鏡，定點在地球繞日軌道前方爲地球護航，將爲提前預警從白天方向撞擊地球的小尺寸小行星提供一種創新任務方案。

在2021年4月24日中國航天日開幕啓動儀式上，國家航天局局長張克儉在致辭時指出，面向未來，中國將構建近地小行星防禦系統。相信未來中國將爲預警和處置近地小行星撞擊威脅貢獻更多中國智慧、中國方案和中國力量。

如何衡量小行星的危險程度？

小行星撞擊威脅與其撞擊地球概率、撞擊能量、預計撞擊時間和預計撞擊區域等相關。國際上通常用兩種指數描述近地小行星的危險等級：都靈指數和巴勒莫指數。其中都靈指數是爲了向公衆傳達小行星撞擊風險，而巴勒莫指數用於專家量化對小行星撞擊事件的關注度。

都靈指數是介於0—10之間的整數，並用綠、黃、橙、紅四種顏色表示預警等級：

都靈指數爲0是指撞擊概率爲零或者接近爲零的撞擊事件，以及會在大氣層中解體而不會對人類造成威脅的小行星撞擊事件。

都靈指數爲1對應綠色預警，指撞擊概率低於1%的潛在撞擊事件。這類事件無須公衆關注，新的觀測可能會排除威脅，使得都靈指數回落到0級。

都靈指數爲2—4對應黃色預警，指撞擊概率超過1%，撞擊危害達到地區級或者區域級的潛在撞擊事件。一般僅需天文學家介入，當潛在撞擊事件發生在10年之內，應該讓公衆知悉。

都靈指數爲5—7對應橙色預警，指撞擊概率進一步攀升，但仍然沒有達到100%，撞擊危害爲區域級或者全球級的潛在撞擊事件。對於撞擊危害爲區域級的潛在撞擊事件，如果發生在10年之內，需要政府機構制定應對計劃；對於撞擊區域爲全球級的潛在撞擊事件，如果發生在30年之內，需要政府間通過國際合作制定應對計劃。一般來說，當撞擊概率超過10%或者預計會有重大撞擊損失時，會啓動在軌處置行動，發射飛行器去偏轉小行星軌道或者將其摧毀。

都靈指數爲8—10對應紅色預警等級，指撞擊概率達到100%，會造成地區級、區域級甚至全球級乃至引發威脅人類文明生存的撞擊事件。這類撞擊事件需要實施應對處置計劃。