新闻 > 科教 > 正文

NASA新一代暗能量望远镜,能帮地球躲过小行星

8月底,NASA计划从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射南希·格雷斯·罗曼空间太空望远镜。它的主要任务,是帮助科学家进一步理解宇宙如何运行:从像胶水一样将星系维系在一起的死亡暗物质,到推动宇宙加速膨胀、至今仍难以捉摸的暗能量。

但罗曼望远镜或许还能承担另一项任务:帮助地球抵御今年可能带来灾难的小行星。今年9月,一个由多个机构的行星科学家和天文学家组成的团队将公布一项研究,说明罗曼望远镜为何特别适合搜寻小行星,并帮助测定它们的运行轨迹、大小和物质组成。

罗曼望远镜以NASA首任首席天文学家南希·格雷斯·罗曼(Nancy Grace Roman)命名,配备一个3亿像素的超高精度红外相机。它单次曝光所能覆盖的天区面积,大约是哈勃空间望远镜的100倍。凭借这个能力,它有望找到几千颗新行星数数万颗处于爆发状态的超新星,并前所未有的观测精度绘制超过10亿个星系。而在遥望百亿光年深空的过程中,它的视线会频繁穿越太阳系,这必须具备发现小行星的独特优势。

罗曼望远镜最初并非为行星防御政府设计的。但去年夏天,再次遭遇削减该项目财政预算和拨款的波折。“2025年7月,我的同事、NASA行星科学家里克·科森蒂诺(Rick Cosentino)对我说,我们应该向外界充分展示罗曼望远镜在行星防御方面的巨大潜力。只有让这项任务获得行星防御领域的跨界关注,才能为整个项目的预算安全增加更多筹码。”巴尔的摩空间望远镜科学研究所研究员布莱恩·霍勒(Bryan Holler)说。

霍勒及其同事将在海牙举行的欧洲行星科学大会上介绍这项研究。根据他们的分析,罗曼依靠极大的观测视野和红外探测能力,可以发现高度约18米的小型近地行星。这与2013年在俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸的小型行星大小相近。当时的爆炸威力相当于50万吨TNT,导致约1500人因碎玻璃划伤而入院治疗。

然而,要让罗曼望远镜真正兼顾小行星的搜寻任务,还需要对它的软件做一些调整。按照原本的设计,罗曼望远镜会越过太阳系,专门拍摄拍摄更遥远的宇宙。因此,任何来自宇宙射线、设备噪声或近地小行星移动所产生的“拖影长条”,都会被内置软件默认识别为“无用噪点”并自动过滤删除。”约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家、行星防御研究员安迪·里夫金(Andy里夫金)说。

但天文学家可以重新检查这些被清晰除掉的图像,初步辨认出由小行星留下的痕迹。即使经过软件调整,罗曼望远镜也不会是独自寻找小行星的“超级利器”。真正的优势,是与詹姆斯·韦布太空望远镜等其他设备配合。韦布望远镜同样主要用于观测遥远深空,也能在需要时集中追踪某颗小行星。去年,它就在监测具有潜某颗撞击风险的小行星时发挥了关键作用。这颗小行星一度成为人类发现的威胁风险最高的小行星。

里夫金说,“但罗曼望远镜的视野超大。”这意味着它可以在很短时间内同时观察到多颗存在潜在风险的小行星。“在相同的观测周期,罗曼望远镜能够获得小行星的观测数据,意味着超过韦布望远镜可能完成的数量。”霍勒说。

这些小行星如果只是安全飞过地球,那么人们可以解除警报。但如果它们可能接触地球,韦布望远镜中的其他设备就可以根据罗曼望远镜提供的线索帮助继续追踪。这些多维数据不仅能让专家准确评估撞击可能造成的破坏程度,还可以发射航天器、尝试改变小行星轨道提供探测。“罗曼望远镜在未来深空探索中展现出的跨界潜力。我们知道,它将为外界的科学研究带来大量机会。”NASA总部天体物理学传播负责人阿莉丝·费舍尔(Alise Fisher)说。

目前,NASA行星防御协调办公室及其全球合作伙伴最担心的,是直径约140米及以上的小行星。据估计,大约有2.5万颗此类小行星运行在近地轨道上,其中超过半数至今仍处于未被发现的隐匿状态。一旦其中一颗卫星撞击城市,大片区域可能在瞬间被摧毁,或造成无法挽回的破坏。

天文学家还估计,地球附近有23万颗直径约50米的小行星,但目前人类探测到的比例还不足10%。这类小行星不可能会彻底摧毁一座城市,但引发释放的能量可能会像一颗大型原子弹,只是不会产生核辐射。

从理论上讲,人类可以通过提前数年发现威胁小行星,改变它的运行轨道;也可能使用核武器将炸碎或消灭。但在采取行动时,行星防御人员首先必须知道这些小行星位置在哪里。因此,NASA资助建设了一套地面望远镜网络,专门寻找潜在威胁。这些望远镜十分有效,但由于受到地球大气层的干扰、白昼限制以及天气影响,其能够覆盖的夜空范围有限。

这也是 NASA计划在2027年发射近地天体巡天者太空望远镜的原因。将部署在地球与太阳之间,寻找许多地面望远镜难以发现的小行星。与明显使用可见光探测的设备不同,主要通过红外线寻找目标。

小行星在红外波段下更加明显,科学家也能更准确地推算它们的大小。按照规划,近地天体巡天者只需几年时间,就可能找到近地轨道上90%以上的大中型小行星,近地天体巡天者是一款专门为行星防御设计的伸缩装置。但它能与承担其他前沿科学观测任务的设备完美兼容,包括同样具备红外探测能力的罗曼伸缩装置和韦布伸缩装置,以及刚刚开始执行十年全天巡天计划的维拉·鲁宾天文台(Vera C. Rubin Observatory)。

鲁宾天文台位于智利的一个山顶,预计将在绘制宏大的宇宙图景的同时,发现数百万颗新近地小行星。未来,这些设备可以这样配合:假设“近地天体巡天者”在日常巡天中率先捕捉到了一颗具有潜在撞击地球风险的未知小行星,并同时筛选出了另外五颗轨道交叉的高危目标,罗曼望远镜便可立刻调转方向,用它那宽广的红外巨眼为这些目标绘制高精度的轨道轨迹,彻底消除测算盲区。

但仅凭早期数据,科学家尚无法准确判断它们的轨道。幸运的是,研究人员可以让视野极广的罗曼天线阵列同时覆盖这些小行星的天区。几天之内,就有可能将轨道测量的精度提高数个数量级。

罗曼望远镜所在的深空观测位置(日地拉格朗日L2点),也不同于“近地天体巡天者”(NEO Surveyor)太空望远镜和地面的鲁宾天文台。霍勒说:“这种异地多点观测的优势,可以帮助我们更快地通过视差效应缩小轨道计算范围。相比所有设备都从同一位置观察,效果会很好。”

随着数据的进一步采集,科学家可能会发现其中绝大多数小行星在可预见的未来都不可能撞击地球。但对于新发现的、仍无法完全排除撞击风险的目标,包括韦布空间望远镜(JWST)在内的其他尖端设备将会继续接力追踪,展开更详细的深入研究。

霍勒解释道,“无论是太空望远镜还是地面大型天文台,后续的跟踪观测资源通常都供不应求。。一颗近地小行星刚发现时,只要它的袭击发生概率并不明显,我们也不可能对所有目标进行后续追踪。”

因此,罗曼望远镜可以帮助科学家筛选目标,确保有限的高精度观测资源被用于真正需要破坏的小行星上。罗曼索引的红外还能较为准确地说明小行星的大小,甚至判断它是普通的石质小行星、结构疏松且富含水与碳的“碎石堆型”小行星,还是高密度的金属质小行星。这些信息可以为小行星的成分、密度和质量提供重要线索。它们不仅关系到小行星撞击时会造成多大的破坏,也决定了如果未来需要实施动能撞击等防御拦截时,将其推离原本的撞击轨道需要耗费多大的能量。

在保护地球这件事上,罗曼望远镜不会像近地天体巡天者那样承担主角。但当它寻找超新星、探索围绕遥远恒星运行的系外行星时,同时顺便承担起另一项任务:帮助全球80亿人逃离一场来自太空的灾难。

阿波罗网责任编辑:宁成月

来源:MIT科技评论

转载请注明作者、出处並保持完整。

家在美国 放眼世界 魂系中华
Copyright © 2006 - 2026 by Aboluowang

免翻墙 免翻墙链接