如何防止小行星撞擊地球？檢測(cè)系統(tǒng)的升級(jí)為我們帶來(lái)了什么？

圖解：這張圖顯示了噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的近地天體研究中心(CNEOS)計(jì)算出的2200個(gè)潛在危險(xiǎn)天體的軌道。圖源：美國(guó)宇航局。

美國(guó)宇航局于2021年12月6日表示，Sentry-II一個(gè)最新的小行星監(jiān)測(cè)算法系統(tǒng)已經(jīng)上線。它正在評(píng)估經(jīng)過(guò)地球附近的小行星的撞擊風(fēng)險(xiǎn)。負(fù)責(zé)勘察天空的望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約28,000個(gè)近地小行星，又稱(chēng)NEAs，。隨著更多先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡上線，美國(guó)宇航局預(yù)計(jì)科學(xué)家們將發(fā)現(xiàn)更多的近地小行星。與過(guò)去幾十年來(lái)日益增長(zhǎng)的認(rèn)識(shí)一致（"哇，外面有很多小行星，而且其中一個(gè)可能會(huì)撞擊我們！"）這些科學(xué)家現(xiàn)意識(shí)到他們需要一個(gè)先進(jìn)的系統(tǒng)來(lái)預(yù)測(cè)撞擊概率。

2021年12月1日，《天文學(xué)雜志》發(fā)表了一項(xiàng)描述新技術(shù)的研究。該論文可在arXiv上查閱。

最初的哨兵

計(jì)算小行星的路徑以推測(cè)它們?cè)谖磥?lái)可能與地球發(fā)生的撞擊是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的研究。

小行星微小以及位置的不確定性給研究帶了一定的難度。近地天體研究中心（CNEOS）使用撞擊監(jiān)測(cè)軟件來(lái)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)。該研究中心是美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的一部分，自2002年以來(lái)一直使用名為Sentry的軟件來(lái)計(jì)算小行星的軌道和撞擊風(fēng)險(xiǎn)。

曾在噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室工作、目前在SpaceX工作的哈維爾·羅亞·維森斯說(shuō)。

Sentry的第一個(gè)版本是一個(gè)非常強(qiáng)大的系統(tǒng)，已經(jīng)運(yùn)行了近20年。它基于一些非常智能的數(shù)學(xué)計(jì)算方式。僅需一個(gè)小時(shí)，你就可以得到一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的小行星在未來(lái)100年內(nèi)的撞擊概率。

新一代的“Sentry- ii”

“Sentry- ii”是一個(gè)升級(jí)版本 ，它可以快速計(jì)算出所有已知NEAs的撞擊概率。它涵蓋了那些初代“Sentry”無(wú)法計(jì)算的特殊情況。Sentry- ii將最危險(xiǎn)的對(duì)象記錄在CNEOS的“哨兵表”中。

“Sentry- ii”的新功能使NASA能夠評(píng)估所有小行星撞擊地球的潛在的影響，即使小行星撞擊的幾率低至千萬(wàn)分之一。

特殊情況:雅科夫斯基效應(yīng)

小行星的路徑并不像太陽(yáng)引力那樣簡(jiǎn)單。它的力量雖然小，但卻能使物體的軌道發(fā)生重大變化。當(dāng)小行星在太空中旋轉(zhuǎn)時(shí)，太陽(yáng)會(huì)對(duì)面向小行星的那一面進(jìn)行加熱。當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，熱的一面冷卻。當(dāng)小行星冷卻下來(lái)時(shí)，它會(huì)釋放出少量的能量。這種熱力就是雅科夫斯基效應(yīng)。

最初的“Sentry”無(wú)法計(jì)算出雅科夫斯基效應(yīng)。在短期內(nèi)，雅科夫斯基效應(yīng)并不重要，但在幾十年或幾百年后，這些來(lái)自太陽(yáng)熱量的小推力會(huì)逐漸累積起來(lái)。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的大衛(wèi)·法諾奇亞說(shuō):

“Sentry”不能自動(dòng)處理雅科夫斯基效應(yīng)，這是一個(gè)限制。每次我們遇到特殊情況——比如阿波菲斯、本努或1950 DA小行星——我們都必須進(jìn)行復(fù)雜而耗時(shí)的手工分析。但有了Sentry- ii，我們就不用再這么做了。

特殊情況:與地球近距離接觸

“Sentry”的另一個(gè)不足之處在于，當(dāng)小行星與地球極端近距離接觸后，它不能根據(jù)小行星改變的路徑進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)楫?dāng)一顆近地行星太接近地球時(shí)，我們的重力會(huì)使它偏離原來(lái)的軌道。而“Sentry- ii”則可以在小行星接近地球時(shí)及時(shí)調(diào)整軌道。Roa目前解釋道:

“我們發(fā)現(xiàn)的特殊情況只是我們計(jì)算撞擊概率的所有NEA中的很小一部分。但當(dāng)NASA計(jì)劃中的近地天體探測(cè)任務(wù)和智利的Vera C. Rubin天文臺(tái)上線時(shí)，我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)更多這樣的特殊情況，所以我們需要做好準(zhǔn)備?！?/p>

小行星撞擊監(jiān)測(cè)和計(jì)算

確定小行星是否可能撞擊地球是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。首先，望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的NEA。然后，科學(xué)家們將測(cè)量NEA的位置，并將這些信息報(bào)告給小行星中心。接下來(lái)，CNEOS利用這些數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算小行星最有可能運(yùn)行的軌道。由于觀測(cè)到的位置有輕微的不確定性，這些軌道可能不是小行星的真實(shí)軌道。真正的軌道可能處于一個(gè)不確定的位置，例如軌道周?chē)赡苤皇且粓F(tuán)可能性云。

為了縮小真實(shí)軌道的范圍，最初的“Sentry”對(duì)不確定性云將如何演變做了一些假設(shè)。然后，哨兵沿著橫跨這一區(qū)域的一條線，均勻地選擇間隔的點(diǎn)。每一個(gè)點(diǎn)都標(biāo)明了小行星可能的位置。

接下來(lái)，“Sentry”會(huì)及時(shí)將軌道向前投射，觀察虛擬小行星的軌道，看看是否有小行星會(huì)靠近地球?！癝entry”做了進(jìn)一步的計(jì)算，以“放大”，看看是否有任何點(diǎn)可能影響地球。如果有衛(wèi)星與地球有交集，“Sentry”就估計(jì)了撞擊的可能性。下面的動(dòng)畫(huà)顯示了這個(gè)過(guò)程。

用“Sentry- ii”監(jiān)測(cè)小行星撞擊

Sentry- ii不會(huì)將自己限制在一個(gè)目標(biāo)上。新的算法在不做任何假設(shè)的情況下可以模擬數(shù)千個(gè)點(diǎn)。它在整個(gè)不確定性云中隨機(jī)選擇點(diǎn)。該算法會(huì)觀察所有可能的軌道，以確定哪些軌道可能撞擊地球。Sentry- ii排除一些猜測(cè)。同時(shí)它還瞄準(zhǔn)了那些Sentry可能錯(cuò)過(guò)的低概率撞擊場(chǎng)景。

法諾奇亞將其描述為大海撈針?！癝entry”會(huì)在大量數(shù)據(jù)中逐一尋找目標(biāo)，而“Sentry- ii”則會(huì)同時(shí)檢查大量數(shù)據(jù)。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的史蒂夫·切斯利說(shuō):

“Sentry- ii”是一項(xiàng)了不起的成就，它能在大范圍的情景中找到微小的撞擊概率。當(dāng)未來(lái)小行星撞擊地球的后果如此嚴(yán)重時(shí)，即使是在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)最小的影響風(fēng)險(xiǎn)也是值得的。

總結(jié): “Sentry- ii”正在分析近地小行星，以尋找可能與地球軌道相交的小行星。

BY: Kelly Kizer Whitt

FY:秋白

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