失去阿雷西博望远镜,人类将更容易受到太空岩石的伤害

北京时间12月3日消息,据国外媒体报道,不知危险逼近,或许可以自得其乐;而未雨绸缪可以在危险到来时提高生存几率。但是在行星防御这方面,不知危险将至,却是不可避免的一件事。

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阿雷西博望远镜在2017年12月捕获一颗名为Phaethon的小行星雷达数据

阿雷西博望远镜在2017年12月捕获一颗名为Phaethon的小行星雷达数据

行星防御是一门识别和缓解小行星撞击地球之威胁的艺术。行星防御所用到的工具之一,叫做行星雷达。行星雷达十分特别,它可以让科学家更好地观察附近的天体。位于波多黎各的阿雷西博望远镜则是地球上少有的几个行星雷达之一。今年,阿雷西博曾经历两次严重的电缆事故。拥有该站点的美国国家科学基金会(NSF)表示,事故之后,望远镜的结构十分不稳定,甚至工作人员都无法安全地去评估望远镜的状态。因此NASA决定将该设施退役。

但是,在行星防御方面,阿雷西博望远镜的功劳,无人能及。

“有报道说,‘我们还有其他设施可以替代阿雷西博’,但我觉得未必如此。”安妮·沃基说。她曾负责阿雷西博望远镜的行星雷达团队。沃基说:“它并不过时,而且也无法被其他现有的设施轻易取代。”

行星防御始于发现尽可能多的近地小行星(据NASA称,到目前为止已经发现2.5万颗近地小行星),并估测小行星的大小和绕太阳公转的轨道。阿雷西博望远镜未曾在发现小行星的工作中发挥作用;其他可以在可见光和红外光下观测大片天空,并有能力捕捉到恒星间突然闪现的亮点的望远镜(比如夏威夷的PanSTARRS天文台),都可以更轻松地完成发现小行星的任务。通过这些第一手的观测,科学家可以标记出最小的小行星和距离地球较远的小行星,这些行星不足为惧。

但是,轨道靠近地球的更大行星则需要对它们进行进一步的研究。通常,这才是阿雷西博望远镜的工作。阿雷西博望远镜配备了强大的雷达发射器,发射的光束可以从地球附近的天体表面反射回来。该望远镜的大型蝶式天线然后可以捕捉到信号的回波。根据这些数据,科学家可以解密出小行星的位置、大小、形状和表面状况等精确细节。

第一时间发现小行星的那些望远镜也可以为科学家提供这些数据,来跟踪太空岩石的轨道。但是行星雷达在发现天体时,可以更快地完成数据收集工作。

非营利性太空探索倡导组织Planetary Society的首席科学家布鲁斯·贝茨说,有时候,速度就是一切。“你需要尽快地计算出小行星的轨道,从而判断它是否会撞击地球。”

因为有了足够的警告,人类理论上可以采取一定地措施去避免小行星碰撞——比如将小行星推离轨道或将其击碎成更小的碎片,减少对地球表面造成的破坏。

贝茨说:“如果我们足够努力,小行星撞击地球实际上是一个可以预防的自然灾害。尽管这种情况鲜有发生,但它其实是可控的,且不像飓风或地震那样无法避免。”

雷达可以更快地提供关于太空岩石的细节,为行星防御提供信息,包括一些关键信息,比如该小行星是单个天体还是伪装成单个天体的双子系统。事实证明,有15%的近地小行星都是看似单个天体的双子系统。贝茨说:“很显然,如果你打算偏转小行星的轨道,那么你必须得知道该小行星到底是单个天体还是包含两个天体。”

同样重要的还有太空岩石的组成成分信息。“有些是固态金属,有些蓬松的球体或碎石堆,所以它们的密度存在较大差异。”贝茨说,“如果这个小行星直冲地球而来,如果你必须偏转它的轨道,那么你采取的应对措施将取决于它是一个大密度的小行星还是蓬松的小行星。”

因此,雷达对于我们的地球非常重要。

当然,阿雷西博望远镜并非唯一的雷达设施。但是阿雷西博望远镜配备的昂贵技术赋予了它非凡的能力。失去阿雷西博望远镜之后,仅存的雷达发射器位于NASA喷气推进实验室在加州运营的金石深空通信中心。但是该设施已经肩负了许多其他职责。它是深空网络的一部分(深空网络负责在太阳系范围内与航天器的通讯),同时还承担着军事任务。

“在安排观测最近发现的目标时,其他设施都不像阿雷西博那样地灵活。”沃基说,“如果在目标可观测期间,没能及时获得目标的观测数据的话,你将很快失去观测的机会。然后,这些小行星在轨道上的不确定性会更高。”这种不确定性的区别在于,是担心太空岩石将撞击地球,还是确信它不会撞击地球。

沃基还说,金石的雷达系统灵敏度也比阿雷西博的低了20倍左右,而且两个系统的观测空间也不一样。“所以,金石的设施并不能完全取代阿雷西博望远镜。”

沃基说,目前也有计划对西弗吉尼亚州的格林班克望远镜增加雷达系统。但是,沃基再次强调,即便如此,格林班克望远镜也不能取代阿雷西博。她说,格林班克望远镜将使用与阿雷西博望远镜稍有不同的雷达,而且也更容易受到天气的影响。

另外,格林班克望远镜的光束比较狭窄,这使得格林班克在追踪小行星时能力有限。“如果光束比较狭窄,那么你得非常清楚雷达的指向。”沃基说,“对于狭窄的光束,你没有办法四处环视。”但是阿雷西博可以更好地追踪轨道不确定的小行星。

NASA前宇航员埃德·卢如今也是一家关注小行星科学和偏移研究的非营利机构B612 Asteroid Institute的执行董事。他说,以上种种因素意味着,失去阿雷西博,让地球上的行星防御能力大受打击。“这对行星防御而言,是一个巨大的损失。”他说,“虽然不至于完全失去行星防御能力,但一定会受到影响。”

当然,还有其他的风险。贝茨说:“雷达系统十分复杂,偶尔发生故障也不是没有可能。但是失去阿雷西博之后,现在我们的系统中没有任何冗余。一旦金石的雷达发生故障,我们便无其他系统可替代。如果金石的雷达在错误的时间发生故障,失去的机会将永远失去。”

埃德·卢说,对于行星防御专家而言,这种风险无异于雪上加霜。他说,新的小行星的发现速度越来越快,等到明年薇拉·鲁宾天文台投入使用时,小行星发现的速度只会越来越快。

说到薇拉·鲁宾天文台,卢说:“该天文台发现的小行星数量,将是所有其他望远镜发现的十倍还多。我们将有大量新的小行星需要观测,其中很多将是非常靠近地球的小行星,并且我们也不知道它们会不会撞击地球。”

撞击的风险不曾有变。但是在发现小行星的能力提高的同时,却失去了界定小行星的能力,这意味着更大的不确定性。

三名专家也一致认为,眼下,阿雷西博望远镜的雷达能力仍无法被轻易替代。

“之前,我们倾向于想办法修复阿雷西博,重建阿雷西博甚至升级阿雷西博。”卢说,“虽然这需要花很多钱,但是,现在由于我们没有尽快投资,阿雷西博望远镜倒塌了,我们知道以后总有一天会后悔,但没想到这天这么快就到来了。”(匀琳)

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