又一顆小行星撞擊地球，面對近地天體威脅人類準備好了嗎？

當地時間2022年11月19日凌晨4時27分，美國和加拿大邊境的安大略湖畔，大部分人都還在沉沉的睡夢之中。一顆代號為2022 WJ1的近地小行星悄然而至，以極低的角度闖入大氣層，拖著明亮的尾巴劃過安大略湖區，在燒蝕和壓力作用下，在大氣層中解體爆炸。不少人在睡夢中被巨大的震動聲驚醒，當地監控鏡頭記錄了這顆小行星劃過天空將黑夜照亮的場景。實際上，這是人類第六次提前預警到近地小行星撞擊地球，這顆小行星在天文學家的密切監測下隕落在安大略畔。

動圖1——近地小行星掠過多倫多加拿大國家電視塔（影片來源：EarthCam）

事件回顧

撞擊事件發生3個小時前，位於美國亞利桑那州萊蒙山頂的卡特琳娜巡天系統正在開展對近地小行星的日常巡天觀測。卡特琳娜巡天系統由3臺光學望遠鏡組成，口徑1。5米和0。7米的寬視場巡天望遠鏡（國際編號分別為G96和703）用於發現未知小行星，而口徑1。0米窄視場望遠鏡（國際編號為I52）用於對新發現的小行星進行跟蹤測量。卡特琳娜系統是全球發現近地小行星效率最高的望遠鏡系統，迄今為止發現了全球超過一半的近地小行星。在此前5次成功預警到近地小行星撞擊地球事件中，有4次是由卡特琳娜巡天系統發現的。巡天觀測的主要任務是發現那些未知的近地小行星——其中有一些可能對地球造成嚴重威脅。比如2013年，一顆直徑大約18米的近地小行星在俄羅斯的車里雅賓斯克地區上空解體爆炸，導致了接近1500人受傷。

動圖2 車里雅賓斯克事件動圖（圖片來源：NASA）

在茫茫夜空中搜索小行星並不容易。因為這些闇弱的小行星可能來自全天空任何方向，而望遠鏡某個瞬間能看到的天區就像一束手電筒的光。因此，需要將廣袤的夜空劃分成若干“網格”天區，再用手電筒逐一照亮這些網格“天區”，得到一副觀測影象。影象裡會有很多恆星，有明亮的恆星、也會有闇弱的恆星。如果足夠幸運的話，可能還會有行星、矮行星以及小行星和彗星。但此時天文學家並不能分辨出來哪些目標是小行星，因為在“手電筒”照亮的短短的幾十秒內，這些目標幾乎都是靜止的。天文學家需要每間隔一段時間，比如10分鐘左右，用“手電筒”再次逐一照亮這些網格“天區”。對同一片天區在不同時間拍攝的圖片進行對比，扣除靜止的恆星和背景噪聲等干擾後，才可以找到處於“移動”狀態的近地小行星。

格林尼治時間11月19日4時53分（當地時間19日0時53分、距離小行星撞擊約3.5小時）

，卡特琳娜巡天系統G96望遠鏡第一次拍攝到這顆小行星，在5時02分、5時10分、5時18分又分別拍攝了三張影象。在對四張影象處理後，卡特琳娜系統觀測員

David Rankin

發現了這顆有可能會衝向地球的小行星。由於之前有過4次成功發現地球“撞擊者”的經驗，值班人員敏銳地判斷到這可能是一顆將要撞擊地球的小行星。卡特琳娜系統隨即終止了日常巡天程式，利用G96望遠鏡在5時35分時，每間隔11秒對這顆小行星連續拍攝了4張影象，以提高對這顆小行星的軌道測量精度。新的資料確認了這顆小行星會以極大機率衝向地球，操作人員隨即將3臺望遠鏡全部對準小行星，進行精密跟蹤觀測，美國堪薩斯州的遠點天文臺（Farpoint Observatory）、加州的沙斯塔谷天文臺（Shasta Valley Observatory）也對該小行星進行了跟蹤觀測。

動圖3 卡特琳娜巡天系統拍攝到的小行星影象（影片來源：Catalina Sky Survey）

格林尼治時間6時12分（當地時間凌晨2時12分，距離小行星撞擊約2.2小時）

，在G96、703和I52望遠鏡各自完成了4次觀測後，卡特琳娜巡天系統確認了這顆近地小行星撞擊地球的機率將到達100%，也測量出來這顆小行星的絕對星等為33。5，這意味著這顆小行星尺寸可能不足1米——這種尺寸的小行星會在大氣層中燒掉、不會對地面造成任何威脅。這些資料被同步到國際小行星中心網站，美國宇航局的“偵察兵”系統也對這些資料進行了分析。

圖4 “偵察兵”系統分析表明這顆小行星撞擊地球可能性為100%（圖片來源：NASA）

格林尼治時間 6時20分（當地時間凌晨2時20分，距離小行星撞擊約2小時）

，卡特琳娜系統的首席運營專家

Richard A。 Kowalski

向小天體郵件列表（ Minor Planet Mailing List，MPML）群發了一則訊息——卡特琳娜巡天系統發現了一顆看起來要撞擊地球的小行星C8FF042，呼籲全球觀測者對該小行星進行觀測，以獲得儘可能多的資料。MPML郵件列表聚集了來自全球不同地區的天文專家和愛好者。美國天文學家Bill Gray預測該小行星將於格林尼治時間8時26分55秒隕落在美國與加拿大邊境的安大略湖畔布蘭特福德上空。有人嘗試進行了跟蹤，發現這顆小行星移動太快了，望遠鏡無法跟上這顆小行星，但編號為H36和T12的望遠鏡還是成功地“逮”到了這顆小行星。有人開始在社交平臺釋出訊息，呼籲還沒有睡眠的“夜貓子們”對即將到來的小行星進入大氣層引發的火流星場景進行觀測。

圖5

Richard A。 Kowalski

向小天體郵件列表傳送的郵件（圖片來源：作者）

格林尼治時間7時55分（當地時間凌晨3時55分，距離小行星撞擊約0.5小時）

，位於冒納凱阿火山頂、編號為T12的夏威夷大學88英寸望遠鏡捕獲了這顆小行星的最後一副影象，隨後這顆小行星進入了地球的陰影之中，沒有望遠鏡能夠再次看到這顆小行星。但小行星闖入大氣層後，在大氣摩擦和燒蝕作用下，小行星的動能會轉化為光能向外輻射，將形成明亮的火流星。由於這顆小行星進入大氣層的角度僅有10°左右，它將以接近水平的角度撞向地球，這意味著掠過的軌跡將非常長，安大略湖畔居民如果還處於清醒狀態，將能見證這顆拖著尾巴的小行星火球在劃過長長的軌跡後撞向地球。有人開始帶著行動式拍攝裝置來到戶外，等待這顆小行星進入大氣層。

格林尼治時間8時27分（當地時間凌晨4時27分，撞擊發生）

，這顆小行星如約而至，它拖著長長的明亮的尾巴，自西南偏西向東北偏東劃過。有人拍到了這顆小行星劃過位於多倫多的加拿大國家電視塔的場景，可以看出這顆小行星向高速列車一樣，接近水平地劃過加拿大國家電視塔，在大氣摩擦和燒蝕作用下，解體爆炸，一路灑落碎塊。由於角度較低，這顆小行星經過了充分的大氣減速，所以看起來似乎小行星執行速度並不高，很可能有大量小碎塊降落到地表。美國宇航局對落點進行了分析，認為很可能在安大略畔尋找到小碎塊，但大碎塊可能落在了湖裡。有人聽到了小行星解體引發的巨大震動聲，感覺就發生在附近；有人半夜醒來，聽到廚房裡盤子發出震動的聲音。國際小行星中心在對資料進行處理後，為該小行星賦予臨時編號2021 WJ1，而此時小行星已經撞擊了地球。

圖6 可能的落點（圖片來源：NASA）

並非第一次提前預警小行星撞擊

這是人類第六次成功預警到近地小行星撞擊地球事件。此前5次分別為：

——2008年10月6日，卡特琳娜巡天系統發現的2008 TC3小行星，尺寸約為3米，撞擊速度約為12。8km/s，預警時間約為17小時；

——2014年1月1日，卡特琳娜巡天系統發現的2014 AA小行星，尺寸約為2。3米，撞擊速度約為11。7 km/s，預警時間約為19小時；

——2018年6月2日，卡特琳娜巡天系統發現的2018 LA小行星，尺寸約2。8米，撞擊速度約16。8km/s，預警時間約為7小時；

——2019年6月22日，卡特琳娜巡天系統發現的2019 MO小行星，尺寸約5米，撞擊速度約為16。1km/s，預警時間約為12小時；

——2022年3月11日，匈牙利雙魚座天問題發現的2022 EB5小行星，尺寸約2米，撞擊速度約為18。5km/s，預警時間約為2小時。

可以看出，卡特琳娜系統在預警撞擊地球的近地小行星方面獨具優勢。這跟卡特琳娜系統的設計和運營理念相關。大部分用於小行星監測的望遠鏡都是“單打獨鬥”，而卡特琳娜巡天系統打的是“組合拳”——2臺巡天望遠鏡協同配合對廣域天區進行普查，而一旦發現可能撞擊地球的來襲小行星，馬上將巡天模式切換為應急模式，調動全部3臺望遠鏡對來襲小行星進行跟蹤測量，可以及時判斷目標小行星是否為撞擊者。相比之下，另外一個在近地天體巡天領域作出巨大貢獻的望遠鏡系統——泛星計劃望遠鏡，雖然單臺望遠鏡能力比卡特琳娜系統要更突出，但由於缺乏自跟蹤能力，迄今尚沒有提前發現一顆撞擊體。除此之外，卡特琳娜巡天系統的資料處理系統專門優化了針對撞擊體的軌道確定演算法。儘管在人工智慧時代，望遠鏡資料處理逐漸向智慧化方向發展，但卡特琳娜巡天系統一直有觀測員值班，可以第一時間研判撞擊情況、及時啟動應急模式並對外公佈資訊。這也是卡特琳娜巡天系統在口徑並不突出的條件下，連續多年獲得近地小行星巡天發現冠軍的重要原因。卡特琳娜巡天系統的成功經驗對我國未來構建近地小行星監測預警系統也有借鑑意義。

圖7 卡特琳娜巡天系統（圖片來源：Catalina Sky Survey）

無須驚慌，也不能掉以輕心

實際上，米級小行星撞擊地球，幾乎每個月都會發生，絕大部分都是在撞擊地球之後，才被人發現，形成耀眼的火流星事件。比如發生在2017年的雲南香格里拉火流星事件、2018年的雲南西雙版納火流星事件、2019年的吉林松原火流星事件、2020年的青海玉樹火流星事件、2021年的河南南陽火流星事件，以及今年在甘肅寧夏邊界發生的固原火流星事件。這類事件一般不會對人類生命財產安全造成危害，但會引發比較大的社會關注，甚至會吸引隕石獵人去獵尋這種稀有的“天外來客”——隕石。

近地小行星撞擊地球頻率與其尺寸呈反比關係。尺寸越小的小行星撞擊地球頻率越高，但由於大氣層保護，小尺寸小行星一般會在大氣層中解體，引發危害也小，甚至完全無害。尺寸較大的小行星撞擊地球頻率低，但一旦撞擊引發危害性效應極大，甚至引發地球環境災變，導致物種滅絕。就像6500萬年前，一顆直徑大約10千米的近地小行星撞擊北美墨西哥灣，是導致恐龍滅絕的重要科學模型之一。但值得慶幸的是，這類可能導致全球級災難的直徑公里級的近地小行星，人類已經編目了95%以上，我們遭遇這種“絕世天劫”的可能性微乎其微。

當然，我們也不能掉以輕心——真正值得關注的是直徑20米級、50米級和140米級近地小行星。這類小行星數量多、撞擊機率不忽視，也能引發城鎮級、大城市級和區域級危害。但截至目前，直徑140米級小行星僅發現了約40%、直徑50米級近地小行星發現率不足5%、而直徑20米級近地小行星發現率不足1%。這意味著，人類防範近地小行星撞擊威脅還有很長的路要走。

出品：科普中國

作者：李明濤（中國科學院國家空間科學中心）

監製：中國科普博覽