小行星正在“盯紧”地球！人类如何防御“飞来横祸”？

小行星撞击风险是人类长期面临的重大威胁，关乎全球安危与文明存续，监测预警是行星防御的第一步，使命重大，也是重要技术挑战。

艺术家笔下的小行星碰撞

无法忽视的巨大威胁

太阳系存在众多小行星，尺寸在几米到几百千米不等，形状各异，飞行在环日轨道。大部分小行星分布在火星与木星轨道之间的小行星带和海王星外的柯伊伯带，但也有一些小行星距离太阳和地球更近。

火星和木星之间的小行星带

小行星的空间分布（绿色是近期不会接近地球的小行星，红色是近地小行星）

人类赖以生存的地球面临众多威胁，小行星撞击是最严重的一种，历史上曾引发过10次以上不同程度的生物灭绝事件。小行星以极高速度进入地球大气，在大气中形成高温高压冲击波，尺寸小、结构疏松的解体碎块，燃烧殆尽；尺寸大、质地坚硬的可能穿过大气层，撞击到地球表面，释放巨大动能，引发森林火灾、地震、海啸等灾难性后果。

6500万年前，一颗直径10千米的小行星撞击地球，引发全球性森林火灾和强烈的地震、海啸，尘埃和灰烬弥漫天空，遮住阳光，使地球温度下降16℃，影响长达百万年，地球上包括恐龙在内70%的物种灭亡。

科学家推测，恐龙灭绝有可能是小行星撞击导致的

漫画作者 Dave Coverly，来自漫画“Speed Bump（减速带）” 。 文字内容：“我承认，这一发现确实像是印证了恐龙灭绝的小行星撞击说。”

通常直径大于60米的石质陨石或大于20米的铁质陨石可以穿过地球大气。小行星的体积和重量越大，撞击地球时造成的危害越大。国际上以等效直径衡量小行星的威胁程度，划分为5类。

第一类等效直径在千米级，可引发全球性灾难，约70万年遭遇1次，6500万年前的恐龙灭绝灾难约1亿年1次。

第二类等效直径140米级，引发洲际级灾难，约3万年遭遇1次。2019年7月，命名为2019OK的小行星，在7.2万千米外与地球“擦肩而过”，直径大约57～130米，如果撞击地球，产生的爆炸威力相当于广岛原子弹的5000倍。

第三类是50米级，可引发大型城市级灾难，约两千年一次。1908年6月，一颗直径30～50米的小行星撞击地球，在俄罗斯西伯利亚通古斯河上空爆炸，威力是广岛原子弹的1000倍，引发森林大火，焚毁2000平方千米范围内超过8000万棵树木。

第四类是20米级，可引发城镇级灾难，约200年一次。2013年，一颗直径约17米的小行星，穿越大气层，在俄罗斯车里雅宾斯克地区上空90千米处爆炸，造成1600余人受伤,1000多间房屋受损。

第五类是米级，每年都在发生，不过尺寸过小，无法穿越大气层，大多发生空爆并出现火流星现象，爆炸后散落的陨石碎片也可能造成人员伤亡。1988年至今，全球记录平均每月发生2次火流星事件。

天文学定义与地球最小距离在0.3AU(1AU是日地距离)范围内的小行星为近地小行星，目前已发现超过3万颗，其中一部分的运行轨道与地球轨道相交，存在撞击地球的可能。与地球最小距离在0.05AU、直径大于140米的小行星被定义为有威胁的近地小行星，占总数的近十分之一。

此外，小行星进入地球一定距离范围内，有可能被地球引力俘获,改变运行轨道，撞向地球，它们的轨道同时也受太阳系其他大天体的引力摄动，不断变化。所以，对地球有威胁的小行星并不恒定，而且威胁程度经常发生变化。

地基监测为主

近地小行星撞击地球诱发巨大灾难，是必然发生的事件，是人类长期面临的重大挑战。随着科技进步，人类逐渐形成对小行星撞击风险的研判和预测能力，通过建设小行星监测系统，探测追踪危险小行星，可以对撞击时间、落点、危害程度进行提前预报，采取有效处置手段，最大限度降低风险。

小行星监测预警主要开展3方面工作。一是近地小行星编目，通过天基、地基监测设备，发现新的小行星，进行定轨编目。二是威胁预警，对编目中有一定威胁的小行星，开展精密跟踪，获取精确轨道参数等信息，评估撞击风险和危害程度。三是短期预报，对即将在近距离掠过地球、撞击概率较高的小行星，进行精密跟踪测量，持续预报撞击区域。

目前发展最成熟、使用最广泛的监测预警设备是地基光学望远镜，通过在不同时间对同一片星空重复观测，对比区域特征变化，发现彗星、小行星及变星，确定小行星位置。1992年，美国启动“太空卫士巡天”项目，开始系统性的监测小行星活动。首先投入运行的是林肯近地小行星研究计划，包括2套1米口径和1套0.5米口径望远镜。

2005年，美国国会通过“近地天体授权法案”，要求美国宇航局记录直径超过140米、近日点小于1.3AU的近地天体，涵盖范围要达到90%。美国启动卡特琳娜巡天系统、泛星计划、探索信道望远镜和大型综合巡天望远镜等地基光学望远镜建设，开展小行星监测预警。

卡特琳娜巡天系统使用的望远镜

卡特琳娜巡天系统由3台光学望远镜组成，其中1.5米和0.7米口径的2台宽视场巡天望远镜用于寻找未知小行星，1台1米口径窄视场望远镜用于精确跟踪测量。一旦发现可能撞击地球的危险小行星，系统立刻切换到应急模式，调动3台望远镜对危险小行星进行跟踪测量，判断目标是否会撞击地球。

卡特琳娜巡天系统贡献了过半数人类发现的近地小行星，这种“2+1”的独特设计，使系统在预报小行星撞击风险方面发挥出色。迄今人类共7次成功预报小行星撞击地球事件，5次归功于卡特琳娜巡天系统。

泛星计划由4台1.8米口径的望远镜组成阵列，同步观测同一天区，产生相当于3.6米口径望远镜的分辨率。卡特琳娜和泛星计划是当前人类地基小行星监测的主力，是近10年发现近地小行星最多的系统。2022年，各国共发现3182颗近地小行星，卡特琳娜巡天系统发现1291颗，泛星计划望远镜发现1263颗，两者联合占比80%之多。

泛星计划望远镜

探索信道望远镜是美国本土第五大天文光学望远镜，主镜口径4.2米，有可见光和红外2种成像模式。大型综合巡天望远镜目前仍在建设中，坐落于智利北部帕穹山的伊尔佩恩峰，主镜口径达8.36米，拥有极强的汇集光线能力和极高分辨率，视场宽广，每3天可以完成一次全天域观测，相当于其他望远镜几年的工作量，启用后将成为世界上性能最强的小行星观测设备。

此外，美国还建有2个用于行星探测的地基雷达站，分别是阿雷西博射电望远镜和金石太阳系雷达。雷达通过发射信号并接收小行星反射的回波，对小行星轨道、形态、结构和物质组成进行精细探测，一般在小行星飞抵地球距离0.3AU时，用于临近预报。

阿雷西博射电望远镜

欧洲在2009年启动“太空态势感知”计划，利用各成员国的地面雷达和光电设备监测人造天体、空间碎片和潜在威胁天体，动员14台0.4～4.2米口径的望远镜，用于近地小行星监测预警、在轨处置等研究工作。

俄罗斯利用国际科学光学检测网络、天文研究所和国内的“望远镜自动操作装置移动天文系统”等开展近地天体搜寻监测，在车里雅宾斯克事件后，加快新建1.6米口径大视场巡天望远镜。日本、韩国等也都建有用于近地天体搜索和物理特性研究的地面望远镜。

天基监测是重要方向

地基光学望远镜具有口径大、观测距离远、建设和运行成本低、寿命长等优点，是目前小行星监测的骨干设备，但存在一些难以克服的固有缺陷，无法实现全天域、全天时监测预警。

一是存在太阳侧的观测盲区。白天受强烈光照影响，小行星的身影被掩盖，从太阳侧飞来的小行星无法观测，但当这些小行星临近地球时，亮度会迅速增加，可能很快飞向深空，也可能立刻撞击地球。2013年车里雅宾斯克事件中，小行星撞击前没有任何预警。2019OK小行星提前1天被观测到，那时它与地球的距离已经非常接近，极有可能被引力捕获撞击地球，造成严重损失。

二是有效观测时间短，容易受干扰。地面光学望远镜只能在夜间工作，容易受大气、月光散射、人类近地轨道空间活动等因素干扰，受地球自转影响，地面观测弧段不连续，无法对目标开展长时间的持续跟踪。此外，受地球海陆分布等影响，地基望远镜观测网络分布不均，南半球建设很少，很难发现从这个方向飞来的小行星。

三是观测手段受限。红外波段具有对暗弱天体观测能力更强、获得小行星光谱信息更丰富等优势，与光学观测相结合，可以获得小行星的反照率和尺寸，但受地球大气阻隔影响，地面难以对小行星开展红外波段观测。

相比之下，天基平台具有全天候工作、覆盖天区大、观测波段宽、轨道预测准确等优势，可以有效弥补地基监测系统的缺陷，成为当前重点发展方向。天基平台通常部署于太阳同步轨道、类金星轨道和拉格朗日轨道等。

目前专用于小行星监测的天基平台较少，只有加拿大的近地目标监视卫星，没有形成监测网络。但各国使用空间望远镜开展小行星观测活动，起到很好的补充作用，如美国的广域红外探测器、欧空局的“盖亚”探测器、日本的“光”卫星等。

美国的广域红外探测器

“光”卫星在2006年发射，是日本联合欧洲和韩国研制的红外谱段天基观测卫星，运行在太阳同步轨道，对全天域开展近红外、中波和远波红外3种谱段观测。在轨5年多时间里，卫星发现了超过50万颗太阳系小行星。

美国在2009年发射广域红外探测器，搭载0.5米口径望远镜，工作在红外波段，运行于500千米太阳同步轨道。探测器在2009～2011年发现数百颗近地小行星和彗星。2013年开始拓展任务，新发现34000颗小行星，包括135颗近地小行星。该探测器运行至今，是现阶段国际上主要的小行星天基观测平台之一。

“盖亚”探测器在2013年发射，任务是对银河系恒星的位置、距离和运动情况进行高精度观测，运行于日地L2点，对接近地球的近地小行星有更好的相位角关系，对监测网络起到重要补充。

欧空局的“盖亚”探测器

加拿大在2013年发射近地目标监视卫星，是国际上第一颗专用于搜寻、监测近地小行星的卫星，主载荷是一个15厘米口径的反射式望远镜，工作在800千米近地轨道，目前已停止运行。德国的AsteroidFinder卫星主要任务也是探测小行星。

目前，美国正在开发新一代天基红外望远镜NEOCam，将配合其他探测器一起完成探明90%以上直径大于140米小行星的目标。NEOCam搭载一套红外谱段望远镜和一套热红外谱段的宽视场相机，计划2028年发射，部署于日地L1点。在任务周期里，2/3的潜在高风险近地小行星将从望远镜观测范围经过，可以精确测定小行星的尺寸。

美国正在开发新一代天基红外望远镜 NEOCam

国际合作应对挑战

近地小行星数量多，搜索发现和跟踪监测任务重、难度大，需要全球联合以提高观测效率和时效性。小行星撞击威胁与全人类息息相关，广泛开展国际合作，联手应对风险，是各国的必然选择。

1994年7月,苏梅克-列维9号彗星撞击木星，人类首次直接观测到大规模天体相撞。联合国在次年召开“预防近地天体撞击地球”国际研讨会，明确提出近地小行星对地球的潜在威胁，提议加强监测跟踪能力。

苏梅克 - 列维9号彗星撞击木星想像图

2014年，联合国和平利用外层空间委员会成立国际小行星预警网和空间飞行任务规划咨询小组，前者负责近地小行星的发现、跟踪、编目、特征分析等工作，不定期组织开展国际联测活动，在提高对近地天体编目及预警精度的同时，提升国际联测的协调应对能力。后者负责促进近地小行星防御相关的技术研究。

经过多年发展，各国对小行星撞击风险关注度不断提高，合作范围不断扩大，监测预警网络逐渐完善。

目前，美国构建了地基为主、天基补充的近地小行星监测网络，结构最为完整，以11台专用地面光学望远镜和其他兼用的地基、天基平台，每年新发现大量近地小行星，制作发布数据库，提供了98%的国际共享小行星编目数据，发挥关键引领作用。欧空局在2013年成立行星防御办公室，组织开展近地小行星监测、数据处理、在轨处置等技术研究。俄罗斯2002年成立行星防御中心，现有9台专用望远镜，为小行星监测预警贡献重要力量。

我国在2018年2月正式加入国际小行星预警网和空间飞行任务规划咨询小组。以紫金山天文台的1.04米口径望远镜作为主干设备，系统开展小行星及彗星观测研究。紫金山天文台已成为国际小行星联测网中有影响的台站之一，对超过1300个近地小行星进行了观测，新发现30多颗近地小行星。丽江、兴隆等观测站等多个台站具备小行星观测能力，为未来组建近地小行星监测预警网络奠定基础。

紫金山天文台近地天体探测望远镜

随着各国持续新建观测设备，开展巡天观测，近地小行星监测预警网络从地基望远镜为主转向地基、天基平台协同。望远镜口径不断增大，视场继续拓宽，观测波段从可见光向红外、从单一波段向多波段集成转变，逐渐形成天地一体化和全天域、全天时的监测预警能力。

各国不断发现新的近地小行星，截至2022年底，总数已经达到31014颗，其中直径大于140米的超过1万颗，直径大于1千米的近千颗，潜在危险小行星超过2000颗。

人类对于大量短期内无法编目、可能突然接近的近地小行星也有了一定的临时预报能力，成功预警撞击的案例不断增加。2008年，天文学家使用卡特琳娜巡天系统，提前19小时发现小行星2008TC3将撞击地球并发出预报，实现首次准确预报小行星撞击事件。目前人类已成功预报7次，预警时间在2小时到19小时不等。

一个巨大的小行星或彗星撞击地球

小行星监测任重道远

过去十几年，人类在近地小行星监测预警及防御应对方面取得重大进展，但仍有许多危险性较大的小行星未被观测到。根据太阳系小天体形成和演化模型，等效直径在10～140米的近地小行星，总数在1×105数量级。目前已观测到的部分，等效直径千米级的编目完成率超过95%，但140米级编目完成率仅约40%，50米级编目完成率约3%，20米级不足1%，还有大量具有潜在撞击威胁的小行星隐藏在黑暗广袤的宇宙空间。

这些未发现的小行星运动轨迹复杂，受大行星引力、空间环境等影响，飞行轨道变化多端，长期轨道预测非常困难。人类对小行星的测量精度和预测模型还无法精准预测千年、万年之后的撞击风险，必须持续发展监测预警能力。

从历史情况看，等效直径10米以下的小行星撞击虽然时常发生，但危害较小，等效直径20～140米是需要重点关注的量级，能造成城镇级、大城市级乃至洲际级的危害，同时数量很多，撞击概率无法忽略，近地小行星监测预警任重而道远。

在现有地基为主、天基为辅的监测体系下，人类已观测到绝大多数直径超过1千米的近地小行星。今年，美国大型综合巡天望远镜将正式运行，根据模拟计算结果，有望在12年内完成90%直径140米以上近地小行星的编目。但对140米直径以下的目标，地基望远镜无法在合理期限内完成系统性探测，需要布设天基监测网络，逐渐形成以地基望远镜组网巡天长期观测为主、天基望远镜针对性巡天为辅的一体化监测预警能力。

2022年，我国宣布将建设小行星防御系统，为人类应对地外天体威胁作贡献。小行星监测预警方面，“墨子”大视场巡天望远镜于2023年在青海冷湖建成。青海冷湖具有优良的天文光学观测条件，晴夜多，光污染小，视宁度良好，被誉为欧亚大陆最好的光学天文台址。“墨子”主镜口径约为2.5米，配备7.65亿像素大靶面主焦相机。

正在建设中的青海省海西州冷湖镇赛什腾山天文台址和大视场巡天望远镜圆顶

与此同时，“中国复眼”二期项目正在重庆云阳县中洲岛开工建设，计划于2025年建成25部30米孔径雷达。“中国复眼”是我国首个大规模分布孔径深空探测雷达，完全建成后，探测距离可达1.5亿千米，实现上亿千米外小行星和类地行星观察，拓展人类深空观察的边界，为我国近地小行星撞击防御和行星科学研究提供重要支撑。

正在建设中的“中国复眼”

我国从构建人类命运共同体的理念出发，与国际社会一道积极应对近地小行星撞击风险，深度参与，主动作为，为和平利用空间、保护人类安全、增进人类福祉贡献中国力量。随着科学技术不断发展、世界各国携手应对，人类终将能够克服危险，有力保护自身安全。