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一篇发表于《自然物理学》期刊（Nature Physics）的概念验证研究表明，X射线脉冲也许能汽化小行星表面、改变其运动轨迹。｜DETLEV VAN RAVENSWAAY, SCIENCE PHOTO LIBRARY
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先来看好消息：假如有颗足以毁灭一座城市的小行星正在冲向地球，而且我们提前多年就收到了警告，面对这种情况，科学家们已经知晓有何防范之举了。美国国家航空航天局（NASA）此前的双小行星重定向测试（DART）已证明，通过用航天器故意撞击小行星，人类可以将太空岩石杀手引离地球。而坏消息是：这项技术并不总是行之有效。那么当它不起作用时，该怎么办？面对体积较大或者虽然小但发现得太晚的太空岩石，为大规模杀伤而设计的核弹头也许讽刺性地成了我们的救星。新研究使用了迄今建造的最强大的辐射发生器之一，研究提出，用核爆炸等级的X射线来轰击，甚至可以成功将体积较大、可摧毁文明的小行星撞离地球。这项研究于本月23日在《自然物理学》期刊（Nature Physics）发表。在研究中，模拟小行星的目标被悬挂在一台机器内。当机器不断放出辐射脉冲轰击目标。目标表面的物质瞬间汽化，形成蒸汽喷流，将目标变成了临时火箭，使之向后飞行。研究第一作者、桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories，位于美国新墨西哥州）的化学工程师内森·摩尔（Nathan Moore）说：“我立刻意识到这是一次巨大的成功。”这种利用外力改变轨道的“火箭效应”正是“地球保卫者”们试图推开真正的小行星时希望看到的。本套实验设计不能完美模拟利用核爆炸偏转小行星。但按比例缩小的模型提供了不错的办法，让科学家不做现实深空核爆炸也能测试这项技术。“因此这是一项激动人心的进展。”未参与该研究的约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室（Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory，位于美国马里兰州）超高速碰撞物理学家安吉拉·斯蒂克尔（Angela Stickle）说。
让咱们想象一位天文学家发现一颗尺寸危险的小行星正向我们飞来。假如这块太空岩石足够小，而且至少提前十年被探测到，那么我们就可以使用一种名叫动能撞击器的航天器。这就是实施DART计划的前提。2022年9月，NASA用大小相当于一辆面包车的半自动无人航天器以22530千米/时的速度故意撞向直径170米的小行星迪莫弗斯（Dimorphos），极大改变了后者的轨道。但如果小行星撞上来之前的时间不足十年，又或者来袭的小行星大得能摧毁一整个国家，那么DART这样的事物恐怕就对我们爱莫能助了。面对大型小行星，即便有充足的时间提前通知，“一架动能冲击器，甚或一队动能冲击器，也许都不足以让地球免遭撞击。”劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，位于美国加利福尼亚州）行星防御研究员梅根·布鲁克·塞尔（Megan Bruck Syal）说。但是，一颗核弹头或许可以放出拯救地球所需的巨大能量和动力。法国蔚蓝海岸天文台（Côte d’Azur Observatory）行星科学家哈里森·阿格鲁萨（Harrison Agrusa）未参与该研究，他说：“从小行星偏转物理学的角度来说，这让核弹头成了（两种情形下）唯一可行的方案。”面临极短的预警时间，航天局可能选择破坏小行星，将它炸得粉碎，产生的碎片大多会与地球擦肩而过，或者在大气层中燃烧殆尽，无关痛痒。此前计算机仿真模拟显示，如果在小行星撞击前至少提前两个月对它实施核打击，那么一枚100万吨当量的核弹就能让直径100米的小行星（达到这个规格，它就足以摧毁一座城市）基本完全汽化。不过，这是比较铤而走险的办法，有可能会把小行星的“加农弹”变成猛烈的“霰弹打击”。最理想的是让它转向。要实现这一点，一架装备了核爆炸装置的无人航天器将被命令停靠在非常接近小行星的地方，上面的核弹一经引爆，就会爆发出辐射，例如X射线、伽马射线和中子辐射；辐射冲向小行星的一侧，并被吸收。小行星的岩石表面于是瞬间粉碎、汽化，产生的物质涌入太空，把小行星推往相反的方向。类似的情形就曾出现在DART计划中。当DART航天器撞上迪莫弗斯——这堆微弱捆绑在一起的碎石——的时候，大量碎片被凿出、喷射出来，形成了一股巨大的动力，并让迪莫弗斯产生了明显的偏转，仿佛被3.6个DART一样航天器一同撞上。这意味着，这架小巧的航天器造成了远超其重量的一击。一颗核弹能带来比DART航天器更强的冲击力。不过，使用威力最大的核弹不见得是最好的方案，因为要是出了意外，它可能五零四散。瑞士伯尔尼大学（University of Bern）行星科学家萨拜娜·拉杜坎（Sabina Raducan）说：“想象一下，你稍微高估了小行星偏转所需的能量，然后就有成千上万的放射性碎片向地球落下。”拉杜坎未参与这项研究。另外，我们不太可能在太空里实施核爆炸装置行星防御测试，因为当发射出现故障，放射性物质就会被喷入大气里，而且任何国家出于任何原因谋求把核弹送上太空，都将引发前所未有的政治紧张局势。幸运的是，来自核武器试验、高能实验设施（例如劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置）和尖端计算机仿真模拟的数据有力表明，经过精密调整的核弹偏转作战“将能非常有效地防止地球遭遇撞击。”未参与新研究的布鲁克·塞尔说。有一组研究人员想要检验这一理论。为了找出答案，他们让迷你小行星与假核爆展开了较量。研究人员转而借助桑迪亚国家实验室的Z机（Z Machine）。这台奇妙的装置利用强电磁场产生高温、高压和强X射线爆发。它的威力太强，钻石放进去都能被轻松融化。科学家选取两种存在于太空岩石中的矿物用作核弹偏转模型里的目标，分别是一块指甲盖大小的石英和一块玻璃似的熔融石英。这两个目标被悬挂在Z机一端的真空室内；另一端则是一袋氩气，它被施以猛烈的电击。随后，氩产生内爆，转化成一种超高温带电气体，该气体朝着目标喷射出一股X射线激流，就仿佛太空中的一场核爆。组员观察到，目标表面发生了汽化，构成了一架“超音速喷射器”，以257千米/时的速度回推固态目标。若等比例放大实验结果以适用现实太空岩石的情况，研究小组估计，只要提前几年预警，哪怕是直径4000米的小行星也能逐渐被推离地球。在实验室里运用发射学完善DART这类动能撞击器是一项很常规的操作。不过，该实验装置实现了一种测试X-射线小行星偏转技术的全新办法。约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室物理学家帕特里克·金（Patrick King）没有参与这项新研究，他评价说：“研究作者们在这里展现了真正的创新。”Z机实验装置有它的局限性。如此之小的目标过度简化了小行星的真实状态。真正的小行星地质构成复杂，内部结构也存在极大差异，这些都可能影响任何一种行星防御技术的效果。“我很想了解岩石或陨石等含多种矿物成分的物质会有什么表现。”斯蒂克尔说。核爆炸装置能否以足够的精确度实现小行星偏转也仍然是个问题。另外，在任何实际的小行星紧急事态中，有种担忧是始终存在的，那就是核弹会否在不经意间四分五裂。不过言而总之，该研究为行星防御再添佳音。“我认为无论是在实验室还是在计算机模拟中，核装置偏转小行星的能力都得到了有力的证明。”阿格鲁萨说。金说：“这不是说答案永远都是（核装置）。”在任何情况下使用核装置，包括以保卫地球为目的的应用，都充满了危险。他表示：“选择采用（核装置）是一个严肃而且可能带来严重后果的决定。”但归根结底，这项研究为诸多证据再添一瓦，证明核爆炸可以被用来拯救世界，尤其是当我们时间紧迫的时候。“一件好事儿是，大型小行星并不经常撞击地球，”摩尔说，“而更令人宽慰的是，面对这种形式的自然灾害，我们现在有办法未雨绸缪。”![]()
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