引力拖拉机击败炸弹

Gravity tractors beat bombs
Any threatening asteroids just need a nudge, say astronauts.
Mark Peplow
The next time an asteroid threatens to crash into the Earth, forget about calling Bruce Willis; send for a tractor driver instead. A pair of NASA astronauts has unveiled a design for an innovative space tug that could one day save the world.

Even a relatively small asteroid some 200 metres wide could be nasty if it hit the Earth, potentially taking out a small country. Researchers have taken this threat very seriously, and are looking at ways to predict future collisions and prevent them.

Just as in the film Armageddon, in which Bruce Willis helps to destroy an incoming asteroid, scientists have considered detonating a large nuclear device to split a rock into less threatening chunks. Although that may be a spectacular solution, Edward Lu of NASA's Johnson Space Centre in Houston, Texas, dismisses that as "the blast and hope method".

"The reason it's not a good idea is that you don't know the outcome," he explains. The internal structure of asteroids is poorly understood, and blasting the spinning rock at the wrong instant could even make the situation worse, he says.

Big tow

"What you really need is something controllable," Lu argues. And that means a space tug.

The difficulty with this is that an asteroid could be little more than a pile of rubble, making it difficult for the tug to hitch up. And as most asteroids rotate, an engine anchored to the surface would have to be fired intermittently to push the rock in the right direction, wasting precious time.

So Lu and his fellow astronaut Stanley Love propose a spacecraft that simply hovers over the surface of the asteroid, using gravity as a towline. In this week's Nature1, they calculate that a 20-tonne craft could safely deflect a typical 200-metre-wide asteroid in about a year, assuming there is 20 years of warning to launch and get into position.

Space invaders

"I think it's a fascinating idea," says David Morrison, a researcher at NASA's Ames Research Center in Moffett Field, California. Morrison chairs the working group on near-Earth objects for the International Astronomical Union.

Morrison agrees that the threat of near-Earth asteroids should be taken seriously. Observation programmes such as the Spaceguard Survey are now scanning the skies for rogue rocks. "But no one has spent significant money on the issue of how to deflect it if we found one," says Morrison.

"Those asteroids we have discovered already are not an immediate threat," says Morrison. But given their rate of discovery, Morrison estimates that there may still be a handful lurking in space that have Earth in their sights.

Lu, who is part of the B612 Foundation, a group of space scientists who want to see asteroid-deflecting technology in place by 2015, has high hopes that the gravity tractor will be built.

To get it up and running, Lu recommends that the US government invests in nuclear-powered ion-propulsion engines, which are more manoeuvrable than chemical ones and are less vulnerable to running out of fuel. NASA recently cut the programme dedicated to developing this kind of propulsion system in favour of more immediately applicable projects.

Wait and see

引力拖拉机击败炸弹
宇航员说：任何有威胁的小行星只需轻轻一推便可化解。
如果下一次有小行星威胁地球，不必劳驾布鲁斯.威廉斯（主演世界末日）；只需找一位拖拉机手即可。两位NASA的宇航员向大家展示了一款独具匠心的太空拖船，该船只需一天时间便可拯救世界。
一个只有约200米尺寸的小行星如果击中地球，其后果也将是不可估计的，它将使一小面积的国家毁于一旦。研究人员一直认真看待这一问题，努力预测可能的撞击并设法阻止它们。

就像电影《世界末日》中布鲁斯.威廉斯摧毁了来袭的小行星一样，科学家想引爆核武器将
小行星破裂成威胁更小的若干块。爱德华. Lu供职于德州休斯顿的NASA 约翰逊太空中心，他认为尽管这是一个听起来壮观的方法，但他看不到这种爆破法的希望所在。原因在于我们无法预计其后果，我们对小行星的内部结构知之甚少，如果在不合适的时段将旋转的石块爆破可能会使后果更糟。

大拖力
我们真正需要的是一种可控的东西，Lu认为，那就是太空拖船。
困难是：小行星可能只是一堆碎石头，这就使得太空拖船很难挂上它，再加上大多数小行星都有旋转，因此锚定在小行星表面的引擎只能间隔性地点火，以保证在正确的方向上推动小行星，这无疑是在浪费宝贵的时间。
因此，Lu和他的同事斯坦利.Love建议的太空拖船会盘旋在小行星上方靠引力作为纤绳。在本周的《自然》杂志上，他们计算得出一只20吨的太空船可以在一年之内将200米大小的小行星偏离到安全的轨道，前提是有20年的时间预先发现该小行星，并且拖船能够及时赶上。

太空入侵者
“我认为这真是一个很棒的想法，”大卫.莫里逊研究员说。 他职于加州Moffett Field的 NASA阿姆斯研究中心，他领导的团队致力于国际天文联合会下的近地天体课题。
莫里逊认同近地小行星的威胁必须得到重视的看法。像“太空防卫侦探”之类的观测项目正努力扫描天空中游荡的危险石块。“但没有谁在一旦发现它们后该如何使它们偏离的问题上投入足够的资金。”
“那些已被发现的小行星不会马上形成威胁，”莫里逊说。但鉴于目前发现的速度，他估计仍有一些潜伏者正向地球袭来。
B612基金的成员由一帮太空科学家组成，他们致力于在2015年前找到小行星偏离的技术。Lu作为该基金成员极力希望该引力拖拉机能够建成。
为使得该机器能够建成并运转，Lu推荐美国政府对核动力的离子推进引擎进行投资，该引擎具有比化学动力引擎更好的机动性，持航能力更强。NASA最近为了发展能够尽快投入使用的推进系统而将该项目撤掉。
我们拭目以待

告诉我，怎么贴不上图

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　　好莱坞大片《天地大冲撞》中演绎的小行星撞地球事件让人震惊不已。天文学家给出了肯定的回答：天地大冲撞绝非没有可能发生。在此之前，科学家已经设想了许多种对付来袭的小行星的方法。

　　据《自然》杂志报道，来自美国宇航局的科学家最近又推出了一套全新的“引力拖车”方案，据称方法简单而实用。

　　“引力拖车”拖走小行星

　　根据科学家们的计算，如果小行星真的与地球相撞，即使它的直径仅200米，对地球某一地区的冲击也将是毁灭性的。对此，科学家们一直在研究小行星对人类的潜在威胁，并全力开展对小行星飞行轨道预测、避免冲撞发生方案的研究，提出了包括用核导弹轰击等应对之道。

　　而美国宇航局两名宇航员认为，科学家提出的这些方法实施起来难度极大，而他们研究发现，解决小行星与地球相撞的问题，其实还有更简单而有效的方法。这两名宇航员在一项新研究中建议，宇宙飞船可以利用一条“引力拖绳”，改变向地球移动的小行星的运行轨道，从而避免地球遭到碰撞。

　　在此之前，科学家考虑的改变来袭的太空岩石偏离轨道的方法包括，在小行星表面登陆宇宙飞船，把它推离原来的轨道，或者用核武器进行爆破。新的小行星偏离计划采用了一种更加“绅士”的做法，飞船可以在小行星上空盘旋，利用这两个物体间的引力，使小行星逐渐偏离轨道。

　　得克萨斯州休斯顿约翰逊太空中心的美国宇航局宇航员爱德华·卢表示：“如果发现某个小行星运行在将和地球碰撞的轨道上……科学家会提前几十年知道，所以，只需稍微改变其速度就可以避免发生碰撞。”爱德华与美国宇航局宇航员斯坦利·拉文合作设计了这一计划。二人的研究报告发表在科学杂志《自然》上。



　　以前的设想实施难度太大

　　大多数小行星都是在太阳系诞生的过程中形成的，由岩石构成，另有大约3%的小行星由铁等金属构成，其大部分运行轨道位于火星与木星间的广大空间。体积较大的小行星撞击地球的可能性微乎其微，但一旦发生碰撞，破坏程度非常巨大。基于这个原因，科学家一直在寻求解决办法，使小行星偏离潜在的与地球发生碰撞的轨道。

　　一些科学家建议，可以让宇宙飞船在小行星表面登陆，然后点烧飞船的发动机，把太空岩石推离轨道。但这种做法存在一些实际困难，部分原因在于，小行星在太空运行时是旋转的，除此之外，科学家不能确定小行星表面的状况，这也给执行该项计划带来一定难度。

　　拉文认为：“在不清楚物理属性的情况下登陆条件恶劣的小行星表面，可能因小行星旋转而付出代价，飞船也会跟着旋转，很难达到预期效果……这有点像草坪的喷水器。而利用地球引力‘拖绳’就可以避免这些麻烦。”

　　爱德华表示：“使用核武器轰炸小行星或者利用大型宇宙飞船进行碰撞使其偏离运行轨道都不是什么好主意。这套方案不可取的原因在于，小行星爆破后无法确定随后出现的结果。如果真的那样做的话，最好制定相应的补救措施，以应付爆炸或碰撞后产生的碎片。”在他看来，由于科学家对小行星的内部结构很难做到心中有数，在错误的时间对小行星实施核爆破，即使将小行星炸碎，但碎片仍有可能使形势变得更加糟糕。

　　“这是一个迷人的构想”

　　利用引力，宇宙飞船无需在小行星表面登陆，要做的就是在其上空盘旋；同时利用飞船推进器，避免与小行星发生碰撞或让小行星逃离。爱德华解释说：“可以利用飞船与小行星间的微弱的引力作为‘拖绳’，影响其运行轨道。在此之前，我们考虑在小行星的表面登陆，结果我们发现，引力恰恰和你计划推它的力相等。于是我们意识到，与其推开它，倒不如将其拉开。”

　　根据这两名宇航员的计算，如果在大约提前20年发现威胁性的小行星，美国宇航局完全可以发射宇宙飞船，平均一年可以使小行星偏离轨道650英尺（200米）。爱德华指出早下手会让偏离工作更容易：如果小行星已经接近地球时并且有可能发生碰撞，到那时再利用引力使其偏离轨道会存在一定难度，应该做到未雨绸缪。

　　研究人员抱有很高的期望，他们预计最迟在2015年其中的设计构想将被最终实现。为此，研究人员建议美国政府继续核动力离子推进发动机研究项目的经费投入。据介绍，作为上述“重力推车”飞船的推进系统，核动力离子推进发动机和化学燃料发动机相比将更加灵活机动，并且不会受到飞船燃料耗尽的限制。

　　国际天文协会近地球物体工作组的负责人、美国宇航局埃姆斯研究中心的科学家大卫·莫里森认为，对近地小行星的潜在威胁应该得到认真对待。莫里森表示，爱德华他们的方案是一个非常迷人的构想，但遗憾的是目前小行星对地球的威胁并未引起人们足够的重视。

极好的试验机会即将出现

　　目前一个名为“太空卫士”的观测项目，正在对太空中游荡着的危险岩石天体展开详尽的扫描。据该项目的负责人大卫·莫里森介绍，现在已经记录在案的小行星数量只是实际很少的一部分，尽管已经发现的这些小行星暂时都不会对地球造成威胁，但太空中仍然隐藏着大量的危险天体正瞄向我们的地球。

　　二人提出的这一方案可以应用于编号为99942的被科学家们称为“阿波菲斯”的小行星，这颗直径1000英尺（320米）、距离地球大约19000英里（30000公里）的小行星将在2029年与地球“擦肩而过”，预计届时与地球最近距离仅有3万公里。根据天文学家计算，“阿波菲斯”这次飞越地球，其运行轨道将因此发生微弱的变化，但当它2036年再度返回时，与地球相撞的可能性非常小，只有1/5000的可能。

　　爱德华和他的研究人员认为，“阿波菲斯”飞临地球，这是一次极好的试验“吸力拖车”的机会，美国宇航局应该现在就开始准备。根据计算，如果宇航局采用他们设计的“引力拖车”方案，在2029年小行星经过地球附近时，只需发射一枚约1吨重的“引力拖车”飞船，就可以明显改变这颗小行星的运行轨道。爱德华称：“如果我们在2013年发现阿波菲斯有可能撞击地球，那么及时发射‘引力拖车’，就可以在2029年之前使其运行轨道发生偏离。”

　　拉文也表示，他对大个的小行星撞击地球的可能性并不担心，但是，如果在最后一分钟才制定解决办法将是十分愚蠢的。他说：“我们的办公室不会等到大楼着火时才进行消防训练。最近发生的大型自然灾害，比如印度洋海啸和美国飓风，已经告诫人们未雨绸缪的重要性。”

　　声音

　　王思潮：预备引力拖车需三步

　　引力和磁力原理类似，通过吸引力作用改变小行星轨道。万有引力理论指出，两物体吸引力与距离的平方成反比。飞船质量可能只有几十吨，行星大多几万吨乃至上万吨，飞船吸引力很有限，必须精确计算飞行轨道，做到提前发射，让“拖车”尽可能靠近些，引力才能缓慢发挥作用。

　　因此，做到万无一失，科学家还需要进一步考核和计算。第一步，计算专家必须参加讨论，在地面进行观测，计算“拖”开小行星的可行性；第二步，研究人员应该设计一个演习，比如等比缩小设计一个小行星，哪怕直径只有百米，观测1至2年以考证“引力拖车”成功几率；第三步，以前已有飞船靠近小行星进行空间勘测，时间很短，目的也不是改变小行星运行轨道，但所收集的数据对“引力拖车”很有帮助。我国研究部门现正在计算小行星撞击地球的概率。目前发现了不少飞到地球公转轨道的小行星，有几颗正接近地球。“引力拖车”这是一种创新思维。之前防撞击是利用爆炸的反冲力改变小行星的运行轨道，而“引力拖车”不再需要爆炸，而且没有核污染。（记者陈凡本报实习记者张冕）



　链接

　　传统阻击方案：改变轨道

　　宇航员说，核电推进是理想的解决方案，可以让太空船迅速接近一个地球的潜在杀手———小行星，推动其偏离地球。核动力太空船可以降落在小行星的表面，也可以利用其较小但是持续的力量干预小行星，用几个月的时间改变小行星可以撞击地球的轨道，或者在小行星的上方盘旋，利用小行星的引力将其推开。

　　今年7月，美国航空航天局发射的“深度撞击”太空船撞击了一颗彗星，但没能改变那颗彗星的轨道。

　　欧洲航天局也正计划实施一项“唐吉诃德”计划，改变一颗小行星的轨道，不过这一计划还有待于正式批准。

　　事实上，美国航空航天局准备实施一项小行星研究计划———由离子发动机推动的“黎明计划”，对太阳系中两颗最大的小行星“灶神星”和“谷神星”进行研究。不过，由于资金和人员短缺，该计划暂停，但据负责这一计划的人士说，暂停并不意味着永久取消。

目标

　　最大威胁“阿波菲斯”小行星

　　据专家说，幸运的是通过对“阿波菲斯99942号”小行星的进一步观察断定，几乎可以排除在2036年前撞击地球的可能性。

　　到目前为止，估计的1100个大岩石小行星中的807个在太阳系中被发现，另外还有57颗彗星，加利福尼亚州的喷气推进实验室正计划对其进行进一步的跟踪。

　　科学家正谨慎地观察着阿波菲斯彗星，这颗彗星将于2029年从地球旁边飞越，离地球的距离不到18640英里，这比许多通信卫星离地球的距离近几千英里，比月球离地球的距离近22万英里。

　　到2036年，这颗彗星离地球的距离会更近，将会导致有五千五百六十分之一的概率撞击地球。






　　“阿波菲斯”小行星的直径有1000英尺多一点，可是运行的速度非常快，如果与地球相撞的话，造成的破坏相当于8.5亿吨TNT炸药爆炸。“阿波菲斯”小行星的距离太近了，地球的引力加上大气和小行星的密度比例，有可能改变这颗小行星的形状或轨迹方向。由于我们不知道这颗小行星的构成物质，科学家不知道会对地球造成什么影响，因而也就不知道2029年后“阿波菲斯”将会发生什么。

　　不过，专家称，2036年仍有可能发生碰撞。如果“阿波菲斯”在2029年飞近地球时轨迹发生任何一点小的变化，那么2036年的第二次飞近就很有可能碰撞上地球。物理学家福特纳说：“必须密切监视这颗小行星，探测和收集有关它的信息。”

　　其实，人类关注的还不止“阿波菲斯”，宇航员施韦卡特警告说：“我们现在就好像坐在一个射击场里，在内层太阳系中有成千上万的小行星和彗星在我们周围飞来飞去，撞上地球也只是时间问题。”

　　预测

　　小行星撞地球可能性

　　五千五百六十分之一

　　科学家警告说，如果你到2036年仍然活在地球上的话，你就有五千五百六十分之一的机会看到现代史上小行星首次撞击地球的“壮观”场面，这颗小行星就是“阿波菲斯99942号”（Apophis）小行星，美国航空航天局“近地物体计划”正在对它进行跟踪。

　　曾执行“阿波罗9号”任务的宇航员施韦卡特说，现在的技术远不能让一颗小行星在撞上地球前改变轨道。我们经历的任何一场灾难都无法与小行星撞击地球引起的后果相比，在这场灾难面前，地震、海啸和飓风等灾难可谓是小巫见大巫了。

　　施韦卡特说，一个直径三分之二英里大的小行星一旦撞击地球的话，足可以让一个相当大的欧洲国家消失，6500万年以前，一个直径6至7英里的小行星撞击地球导致了恐龙的灭绝。空间探测者协会希望能够跟踪许多更小的但仍是非常危险的小行星，到目前为止，共有3611颗各种尺寸的近地小行星被发现，如果撞击地球的话，造成的灾难相当于去年发生在印度洋的海啸造成灾难的一万倍。

　　尽管在未来30年里小行星撞击地球的概率只有五千五百六十分之一，但只要这一次发生了就会造成严重的后果，这种撞击会在地球上撞出一个直径360码的大坑来，而且如果发生在纽约的话，会让这个城市以及周边地区的大部分从地球上消失。