监视进犯地球的小行星(图)

约翰•汤瑞面前放着全球最大的数码相机配件。

　　监视进犯地球的小行星

　　Tacking down the Meteoric Invaders

　　文 / 唐郑亮

　　一颗百米直径的小行星，爆炸威力是广岛原子弹的200 倍。这样的威胁是千年一遇，听起来是小概率，却是实实在在的风险。未来的泛星计划，就是要紧紧盯住每一颗与地球擦肩而过的小行星。

　　午夜，美国西南部海拔2700 多米的莱蒙山天文台上，理查德·科瓦斯基检查了刚拍摄的影像：在群星的背景中，一个小光点发生了移动，这是一颗小行星在运动。

　　从小行星到流星

　　莱蒙山天文台的任务就是监视小行星。它是卡特里娜巡天系统（CSS）的成员，卡特里娜由NASA设立，用于监视地球轨道附近的小行星或者彗星，预警它们是否会撞上地球造成灾难。卡特里娜系统拥有3 台望远镜。科瓦斯基很快与另外两个天文台取得联系。他们的观测证实了科瓦斯基的发现：这是一颗新发现的小行星，而且它的轨道靠地球非常近。也就是说，它是一颗近地小行星（NEA），存在与地球相撞的可能。他们把这颗小行星的位置、观测时间和亮度发送到国际小行星中心（MPC）的数据库。它被命名为2008TC3。世界上任何人都可以在网页上查阅到这些数据。这个发现并没有让他们特别激动。对于科瓦斯基的同事们，发现NEA 已经是家常便饭。这样的小行星每周都能发现一两颗，但大多数只是从距离地球上千万千米的地方掠过。

　　这一次似乎有所不同。

　　几个小时后，状况开始变得引人注目了：它真的会撞到地球。27 份精确的轨道计算结果陆续发送到了国际小行星中心，其中有的来自专业的天文学家，也有的来自业余天文爱好者：计算行星轨道的方法已经非常成熟，并且也不是非要超级计算机才能完成的任务。根据它的亮度来推断，这颗小行星的直径只有2~5 米。地球的大气层会轻松烧掉这个尺寸的天体，它会在几百千米上空爆裂，甚至可能连陨石也不剩下。

　　但这仍然是一个激动人心的发现。至少这证明了，十几年来人们花在监测近地小行星上的钱没有白费。2002 年6 月6 日，一颗直径10 米的小行星在地中海上空爆炸，释放出的能量相当于一枚中型的原子弹。在2008TC3 之前，这是小行星撞击地球的最近一次实例。遗憾的是，那一次没有任何人提前观测到它。因此2008TC3 成为了小行星观测史上的第一次。人们第一次亲眼见证一颗小行星如何变成火流星，并且由国际小行星中心作了准确的预测：它将于10 月7 日当地时间早晨5 时46 分在苏丹北部荒漠的上空与地球相撞。在望远镜里，2008TC3迅速穿行在星空中，因为不停的旋转而闪烁。19 个小时后，它准时在北非的天空中变成满月一样明亮的火球。又过了一个小时，人们在无人的荒野中看到了它被风吹散的尾迹。

　　全球共同的自然灾害

　　2008TC3 的发现过程并不说明人类已经能完全预测天外撞击的危险。北京天文馆馆长，曾经做过近地小行星观测的朱进认为，2008TC3 的发现有很大偶然成分。莱蒙山天文台使用的是一台1.5 米口径的望远镜，使用一块1600万像素的CCD接收光线，它的视野能够包含1 度大小的天空。这个尺寸并不比满月大多少，如果每30 秒钟曝光一次的话，一个晚上还不能覆盖整个天空的十分之一。当它还没有靠近地球时非常暗淡，即使在撞击的前一天也只不过是一颗19 等星，亮度相当于天狼星的1 亿分之一，能够提前发现它非常意外。那么，如果是一颗20 米、甚至200 米大小的小行星向地球撞来，有多大的把握能够发现它？要知道，一颗直径100 米的小行星撞击地球可能产生的爆炸，威力约相当于2008TC3的3000 倍，广岛原子弹的200 倍，而这样的撞击每1000 年就可能有一次。而且发现的时间只比撞击早一天，根本没有时间应对。

　　和普通的自然灾害不同，小行星撞击的危险并不像气候变暖一样循序渐进，预防撞击也不像治理洪水那样见效明显，它似乎过于飘渺无法捉摸。1986 年，莫斯科星球防卫中心主任阿纳托里·采特夫（Anatoly Zaitsev）向当时的苏联领导人提交了一份关于地球预警的报告，但是“他们看了只是笑”，就像他们忽视过1912 年通古斯发生过的爆炸一样。但是1989 年3 月，一颗小行星造成了短暂的恐慌——小行星Asklepios 与地球擦肩而过，最近的距离只相当于月球轨道的两倍。它让人们意识到，撞击一旦发生就是毁灭性的，而且是全球性的。Asklepios 直径接近1 千米，撞击烟尘可能让地球进入漫长的冬天。这种灾难是文明毁灭级别的。像这样有威胁的近地小行星被称作潜在危险小行星（PHA）。还有两颗小行星可能在未来200 年之内与地球相撞，但是这个几率只比中几百万的彩票稍微大一些。

　　凭着强大的观测实力，美国成为近地天体观测的主力。1992 年，NASA 收到一份关于空间防卫的报告，提出要在25 年内找到并追踪90% 直径在1000 米以上的近地小行星。后来这个目标被定到了2008 年之前完成。隶属不同部门的监测近地小行星的机构纷纷建立，除了卡特里娜巡天系统，还有林肯近地小行星研究小组（LINEAR）、近地小行星追踪（NEAT）、太空防卫基金（Spaceguard）等。它们已经发现了约5000 颗近地小行星和彗星，接近完成了预定任务。

　　寻找近地小行星并不只是美国人的任务。在北京的兴隆，1995 年就已经开始进行小行星观测，发现了5 颗近地小行星。但是它并不属于主要的观测项目，只是在天气状况无法进行其他观测的夜晚进行。这个项目于2001 年结束，这时另一个专用于近地小行星监测的望远镜已经在苏皖交界洪泽湖畔的盱眙动工。这是一台1 米口径的施密特式望远镜，也就是所谓的折反射望远镜，这种结构可以减少成像的扭曲。自从2007 年投入使用，已经发现了400多颗小行星，其中有1 颗近地小行星。

　　业余的天文爱好者也能参与到地球的防卫工作。叶泉志只是中山大学本科3 年级的学生，却已经和台湾中央大学天文研究所合作，使用鹿林山的望远镜发现了近地小行星2007 NL1 和彗星C/2007N3。即使你用不上望远镜也不要紧。NEAT的巡天影像已经在网上公布，你甚至可能在自己的电脑前发现一颗小行星，并且计算出它的轨道是否逼近地球。

　　但是，这一切和正在铺开的泛星计划相比起来，似乎会变得完全无足轻重。它搜寻近地小行星的能力，将比现在所有望远镜加起来还要大10 倍。

　　泛星计划时代

　　在夏威夷海拔3000 米的哈莱亚卡拉火山顶，泛星计划的负责人约翰·汤瑞（John Tonry）站在泛星计划完成的第一台望远镜PS1 下。他身后的摄影师手中拿着佳能的Mark II 专业数码相机。汤瑞指着PS1 对他说，面前的这台望远镜也可以算作世界上最大的数码相机。PS1 的CCD 拥有14 亿像素，相当于Mark II 的近200 倍。PS1 的口径为1.8 米，只能算是普通大小。但是它拥有惊人的像素，正是为了迅速地搜寻小行星。

　　泛星计划（PAN-STARRS），全称为全景巡天望远镜与快速反应系统。它的视场宽广，达到3 度，这个尺寸的其他望远镜都无法与之比肩。它可以在一周之内把整个天空搜寻一遍。2007 年完成的PS1只是泛星计划的四分之一部分，另外三台望远镜还在资金筹备中，将在2012 年完成，4 台望远镜将对准同一方向观测，相当于口径加倍，同时又能免除影像上噪点的干扰。

　　和新款的数码相机一样，泛星计划的望远镜也带有防抖系统——大气的轻微扰动可能会使星体的影像抖动，甚至误认行星。为了将电子防抖的OTCCD 技术应用到PS1 巨大的CCD 上，约翰·汤瑞花费了不少心思。最后的解决方案是，将它划分成60 个小块分别使用防抖。

　　泛星计划再也不会像NEAT 那样要靠人工来搜寻小行星。影像会直接送到茂宜岛天文台的巨型计算机中，使用所谓MOPS 系统，将一切运动的天体，甚至亮度发生改变的天体记录下来，然后记录下其中的小行星。不过由于这些14 亿像素的照片实在太巨大了，每一天的数据都是以T，也就是 1000Gbyte来计算的，所以这些观测数据在处理后都会被删除掉。但是这并不影响它的效率。泛星计划完工后，一年之内就可以把近地小行星的数量翻一倍。

　　泛星计划可以把撞击的危险降低很多，另一个更强大的大型综合巡天望远镜（LSST）已经筹划在智利开工，它的口径是8.4 米，CCD 更是达到32 亿像素。NASA 也因此将搜寻潜在危险小行星的目标，调整到更大的范围，包括140 米以上的小行星——它们的撞击可能会造成地区性的灾难。

　　但是不论是泛星计划还是LSST，所有地面的望远镜都有一个致命的“阿基里斯之踵”——它们无法对向太阳附近。如果有一颗小行星从太阳附近的角度飞来，那么它们是无法被观测到的。道理很简单：白天无法看到星星，大气的散射会把星光遮盖掉。除了在将来使用空间望远镜监测小行星，人类还想不出更好的办法。

    来源：新知客