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防止小行星撞击地球 核弹恐无法摧毁小行星

至今已有许多防止小行星撞击地球的方案被提出,主要包括以下几种:

用核武器炸毁可能撞击地球的近地小行星;

发射导弹或航天器猛烈地撞击近地小行星,用机械力使其改变轨道;

用太空镜群或激光所产生的能量把近地小行星推往新的轨道;

发射引力航天器靠近对地球有威胁的近地小行星,然后通过自身引力使该小行星脱离原来的轨道;

用质量巨大的绳索套住近地小行星,采用改变其重心的方式来改变小行星的轨道;

让航天器登陆小行星,并且使用电马达逐渐地改变小行星的轨迹;

给小行星上安装“太阳帆”或一台大型火箭发动机,把它从地球的轨道上推开;

发射人造物体撞击近地小行星,使其改变轨道。(示意图)

使用激光或者巨大的镜子对小行星能量进行聚焦,汽化掉行星部分体积以使其偏离轨道。(示意图)

据国外媒体报道,在一部名为《世界末日》或者《绝世天劫》(Armageddon)的科幻电影中,布鲁斯·威利为了将一颗核弹嵌入小行星的裂缝中而牺牲自己引爆了核弹,小行星随即被核弹炸成两半,地球得救了。但科学家们对影片中的故事情节显得不以为然,从相关物理知识角度上看,故事情节中严重低估了撞击地球的小行星能量,其足以媲美6500万年前导致恐龙灭绝的小行星。

此外,由于天体引力的作用,宇宙空间中的天体外形往往呈现出类球体特征,但影片中的小行星却呈现出不规则的锯齿状轮廓,而且还处在神秘的蒸汽。《世界末日》中唯一具有真实科学事实的事件是此类小行星的确存在。一组来自英国莱切斯特大学的研究人员通过最新的分析发现影片中的核武器不足以将这样一颗小行星炸成碎片。本项研究的发现刊登在莱切斯特大学《物理特刊》上。

其实此类科幻影片存在着许多与现实天文观测、天体监测监视不符的故事情节设置,首先影片中发现小行星即将撞击地球时只有18天的预警时间,似乎没人注意到这是一个较大的漏洞,目前的天体监视网对掠日小行星和彗星有着较长的预警时间,比如美国国家航空航天局“卡特林那小行星巡天”监视系统。其次,核弹的威力似乎不足以将危险级小行星彻底炸毁,研究人员提出了一个方程,希望弄清楚需要多少能量才能将相对应密度、体积以及轨道速度的小行星在适当的距离上彻底摧毁。

他们得出的结论显示需要800万亿太焦TJ (terajoule)的能量才能将危险级近地小行星炸成两半,以太焦等于10的12次方焦耳。前苏联曾经制造出一颗5000万吨TNT当量的核弹,被喻为“大伊万”,也是人类核武器史上最大当量的核弹,其引爆时可产生418000太焦的能量。虽然“大伊万”的试爆过程依然令人深刻,但与可炸毁危险级小行星所需的能量相比相去甚远。

可以想象一下,在面对小行星撞击地球前四个小时,通过核武器将小行星炸成两半,但为了不使剩余的小行星碎片击中地球,就需要在四个小时内离开至少一个地球半径,即6400公里,这意味着需要让小行星剩余碎片获得至少每小时1600公里的速度,大约为每小时1000英里,这个速度是喷气式客机的两倍。需要注意的是,这是一颗1000公里的小行星,是一个非常庞大的空间天体,需要更多数量级的能量才能让其获得足够的规避能量。

研究人员计算发现需要1000亿兆吨TNT当量才能完成这一任务,相当于太阳表面每秒产生的能量,很明显这不是一颗核弹能解决的了。对于进行本项研究的莱切斯特大学研究生而言,是一次对放眼好莱坞大片中科学事实的研究,很多人在欣赏《世界末日》科幻大片时并未真正考虑过影片背后是否具有科学合理性,当然科幻片并非科学纪录片,科幻小说更是完全依靠幻想来铺设剧情,但好的科学事实可以叙写出更可信的故事情节。

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