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20年的行星防御,如今成绩如何?

1998年3月11日世界各地的小行星天文学家收到了一个不祥的消息:关于最近发现的1997年XF11小行星的新观测数据表明,这个半英里宽(近一公里)的天体有可能在2028年撞击地球。这一信息来自于马萨诸塞州剑桥的小行星中心,该中心是世界范围内观测和初步确定小行星轨道的储存库。尽管它的目的只是为了提醒那些追踪和追踪小行星的小型天文团体,让他们进行更多的观测,但这一消息很快就传开了。大多数媒体都不知道该如何看待这一宣布,并错误地强调了地球注定要毁灭的前景。幸运的是,从1997年XF11开始,地球从未处于危险之中。在对现有的小行星观测结果进行了更彻底的轨道分析之后,唐·约曼斯(Don Yeomans)和他的同事保罗·乔达斯(Paul Chodas)得出了相反的结论:2028年的撞击基本上是不可能的。

动画描绘了过去20年间已知近地天体(neo)位置的地图,并以2018年1月所有已知小行星的地图作为结尾。美国国家航空航天局的新观测项目支持的小行星搜索小组已经发现了超过95%的近地小行星。目前已知的近地天体超过18000个,发现率平均为每周40个左右。图片:NASA/JPL-Caltech

直到今天,我们仍然收到关于XF11影响到2028年的可能性的查询,XF11根本不可能在当年或未来200年影响我们的星球。乔达斯知道这一点,多亏了CNEOS精确的轨道计算,利用世界各地的观测站提交给小行星中心的观测数据来探测和跟踪小行星和彗星的运动。在过去的20年里,CNEOS的计算使得NASA成为这些努力的世界领导者,密切关注附近的小行星和彗星,特别是那些能够穿越地球轨道的小行星。为所有的小行星和彗星计算高精度的轨道,并绘制它们在太阳系中的位置,它们都是向前的,可以及时探测到潜在的撞击,向后看它们在天空中的位置,为太阳系中所有已知的小天体提供了最佳轨道图。

映射的风险

地天体(neo)是位于轨道上的小行星和彗星,它们会进入太阳系内部,距离太阳1.21亿英里(1.95亿公里),距离地球围绕太阳的轨道大约3000万英里(5000万公里)。在1997年XF11的媒体狂热表明,在与公众沟通这些物体的近距离时,需要清晰和精确的沟通,以及“在公开声明之前进行同行评审的重要性”。美国国家航空航天局最初的目标是在1998年完成国会的一项要求,即在10年内,对超过一公里(约三分之二英里)的近地天体进行探测和分类,至少要对其中90%进行分类。帮助达到国会目标,美国航天局总部要求喷气推进实验室建立一个新的办公室,处理数据提供的国际天文Union-sanctioned小行星中心提交的小行星和彗星的观测。

并配合天文台由学术机构在美国,以及美国空军太空监视资产。1998年夏天,美国宇航局建立了近地天体观测项目,喷气推进实验室成为该机构对“近地天体项目办公室”的研究数据和分析中心。2016年该办公室改名为近地天体研究中心(CNEOS),同时在华盛顿的NASA总部成立了行星防御协调办公室(PDCO)。大约20年来,CNEOS一直是NASA的中心中心中心,用于精确绘制所有已知的近地天体的轨道,预测它们即将接近的轨道,可靠地评估它们对地球的影响,并将这些信息传递给全世界的天文学家和公众。

预测近距离接触和影响:岗哨和侦察

评估小行星或彗星撞击风险的第一步也是最重要的一步是确定任何给定物体的轨道是否会穿过地球的轨道,然后确定它离我们的星球到底有多近。喷气推进实验室(JPL)甚至在美国航空航天局(NASA)启动其NEO观测计划之前,就已经确定了一些NEO的高精度轨道,并且已经升级了其轨道模型,为小行星的位置和轨道提供了最精确的评估。世界各地的天文台利用数字图像对天空进行检测,在数天、数周、数月(甚至数十年)的时间里探测移动的光点(小行星或彗星),然后向小行星中心报告这些移动物体相对于恒星静态背景的位置。看“一粒光如何变成一颗小行星”。随后CNEOS的科学家们利用所有这些观测数据,更精确地计算出一个NEO的轨道,并预测其未来数年的运动,寻找对地球、月球和其他行星的近距离接近和潜在影响。

一个名为“哨兵”的CNEOS系统在前方搜寻未来一百年内所有可能的地球撞击可能性,每一个已知的近地天体都是如此。Sentry的影响监控持续运行,使用最新的CNEOS生成的轨道模型,结果被在线存储。到目前为止,在大多数情况下,任何潜在影响的概率都是非常小的,在其他情况下,物体本身是如此的小——小于20米,或接近66英尺——以至于即使它们进入了地球的大气层,它们也几乎肯定会解体。如果哨兵发现了一个物体的潜在影响,我们就把它添加到我们的在线‘影响风险’表中,然后小行星观察者就可以对这个物体进行优先级排序,以便进行进一步的观察,对物体随时间的位置测量得越多,我们就能越好地预测它未来的路径。

在大多数情况下,新的测量结果意味着,由于轨道路径的不确定性降低了,撞击的可能性也被排除在外,因此物体可以从风险列表中删除。最近CNEOS还开发了一个名为Scout的系统,为最近发现的物体提供更直接、更自动的轨迹分析,甚至在独立的观测站确认他们的发现之前。侦察系统昼夜不停地工作,不仅通知观察者在任何特定时间观察到最高优先级的物体,它还会在接下来的几个小时或数天内立即通知行星防御协调办公室任何可能的即时影响。最近的一个例子是2018年小行星撞击非洲博茨瓦纳的预测结果。

更多的狩猎

近年来,美国国家航空航天局(NASA)资助了更多的小行星调查,NASA的近地小行星观测项目占近地小行星和彗星发现的90%以上。目前已知的近地天体超过18000个,发现率平均为每周40个左右。尽管1998年国会的最初目标已经被超越,而且在过去二十年中小行星的发现和跟踪也取得了很大进展,但这项工作还没有结束。2005年,国会为NEO观测计划制定了一个更加雄心勃勃的新目标——发现90%的NEO,直到更小的450英尺(140米),并在2020年实现这一目标。这些较小的小行星如果撞击地球,可能不会带来全球灾难的威胁,但它们仍可能造成大规模的区域破坏和生命损失,尤其是在大都市附近。CNEOS继续改进其轨道分析工具、图像和图形表示能力,并更新其网站,以便迅速和准确地向PDCO、天文社区和公众提供关于neo的最新信息。

博科园-科学科普|文:喷气推进实验室

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