雖然機率很低，但NASA的科學家發現，在未來300年裡，小行星貝努（上圖）撞擊地球的機率比想象的更高。供圖：KEL ELKINS, NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER
NASA表示，新的超精密測量顯示，在未來300年裡，小行星貝努撞擊地球的機率比原本以為更高。
撰文：MICHAEL GRESHKO
幾億年來，一個倒圓錐形的大石塊貝努一直在以相對獨立的狀態，圍繞太陽執行。這顆小行星赤道約500米，不會對我們的星球構成直接威脅。但幾百年後，貝努有很小的機率撞上地球。
在發表於科學雜誌《伊卡洛斯》的新研究中，科學家利用NASA的歐西里斯號探測器（OSIRIS-REx）的資料，精確計算了貝努的軌道和未來與地球的距離。研究人員還分析了現在與2300年之間的撞擊風險，發現未來三個世紀裡，發生碰撞的機率為1/1750，比之前估計的略高。
最危險碰撞幾乎都將發生在21世紀末和22世紀初，最後可能發生在2182年9月24日下午。在那個週二，貝努撞擊地球的機率為1/2700。
研究團隊由NASA噴氣推進實驗室的導航工程師Davide Farnocchia領導，2019年至2020年，他們經過幾十次修正，把貝努與地球的距離精確到了2米以內。這個精確程度就像測量帝國大廈和埃菲爾鐵塔之間的距離，誤差在千分之二釐米之內。
“貝努是迄今為止太陽系裡最有特點的小行星，”研究的資深作者、OSIRIS-REx的首席研究員、亞利桑那大學的行星科學家Dante Lauretta說。“我們知道百年之後，它將出現在何處，誤差以米為單位。太陽系中的其他天體的軌道都沒有這麼精確，甚至是地球。”
亞利桑那大學的行星科學家Amy Mainzer是近地小行星專家，沒有參與此次研究。她稱讚研究團隊的計算“非常細緻”。“如果想預測（一顆小行星）未來的去向，那麼預測結果完全 取決於今天的測量結果有多精確，”她說：“這個團隊的測量非常精確。”
儘管貝努的撞擊機率略高，但這並不會讓人們夜不能寐。未來三個世紀裡，貝努不撞擊地球的可能性超過99.9%，而且即便撞擊，也不會像6600萬年前那樣，導致恐龍滅絕，留下希克蘇魯伯隕石坑。那顆小行星直徑約9.6千米，而貝努平均不到500米。
即便如此，貝努的撞擊仍會造成地域性的災難影響。撞擊產生的能量超過11億噸TNT炸藥，相當於去年黎巴嫩貝魯特港毀滅性的爆炸的200萬倍。
瞄準小行星
1999年9月，天文學家發現了貝努，之後一直利用地面望遠鏡仔細追蹤這顆小行星的軌道，包括波多黎各標誌性的阿雷西博望遠鏡（現已坍塌）。透過這些資料，天文學家可以準確預測貝努在下個世紀裡的位置。
貝努被歸為“具有潛在危險的小行星”，這類天體直徑超過140米，理論上來說距離不到地球750萬千米。2014年的一項研究發現，2175年至2199年之間，它與地球相撞的機率約為0.037%。
但到目前為止，2135年9月之後的模擬出現了問題。之前預測發現，2135年，貝努將經過距離地球12萬至53萬千米的地方，相比之下，它距離月球更近。這意味著貝努幾乎不會撞擊地球，但這取決於貝努何時何地靠近地球，因為地球引力的緣故，貝努的軌道可能會發生改變，導致未來發生碰撞。
計算機模擬已經確定，如果未來發生撞擊，貝努必定會透過的小區域空間。關鍵問題是，2135年，貝努的實際軌道是否會穿過這些“鑰匙孔”，它們的寬度從幾百米到幾千米不等。想要回答這個問題，科學家必須以前所未有的精度繪製貝努當前的軌道，並把影響未來軌道的種種因素納入進來。
2018年底，OSIRIS-REx抵達貝努，這是NASA首次（也是人類第三次）嘗試在小行星表面取樣。2020年10月，這個探測器取走了佈滿灰塵的礫石樣本，目前正在返回地球的途中，把這些珍貴的物質送回來。在獲取樣本前，OSIRIS-REx用了近兩年時間，圍繞碎石遍地的貝努飛行，並進行研究。
OSIRIS-REx在追蹤貝努方面用了很長時間，因此Farnocchia和同事可以利用它發回的資料精確繪製貝努的位置。他們的方法有點像高中三角函式題：如果知道OSIRIS-REx和貝努的距離、OSIRIS-REx和地球的距離，那麼就可以計算出地球和貝努的距離。
根據探測器拍攝的小行星表面的影象，研究人員知道OSIRIS-REx和貝努的相對位置在1米之內。然後，他們測量了OSIRIS-REx和地球交換無線電訊號的時間，誤差在150億分之1秒之內。
Farnocchia的團隊結合這些資料，計算出地球和貝努之間的距離從8360萬至3.2億公里之間，誤差只有幾米。
研究團隊還利用OSIRIS-REx的資料，驗證了影響貝努的非重力引力，即“雅科夫斯基效應”。貝努表面在陽光照射下升溫，冷卻時重新釋放出能量。由於貝努自轉，最終結果是這顆小行星會受到一個微小的推力。
現在，Farnocchia的團隊能夠精確估計隨著時間推移，雅科夫斯基效應如何調整貝努的軌道。8月11日，在NASA的新聞釋出會上，Farnocchia指出，這個力相當於3顆葡萄在地球上的重力，足以讓貝努每年偏離約285米。
旋轉的太陽系
新研究發現，到2135年，貝努與地球表面的距離將在198000千米之內，誤差不超過9600千米，這個範圍比之前預計的精確得多。雖然這一發現把之前確認的很多鑰匙孔排除在外，但在軌道誤差範圍內，仍有一些鑰匙孔（和未來的碰撞）。在此基礎上，研究團隊修正了對貝努撞擊風險的估算。
關於這顆小行星未來的軌道，還有不少不確定性，但這並不是因為貝努本身，或者OSIRIS-REx的資料，而是太陽系裡的其他因素。
Farnocchia和同事在模擬過程中，必須考慮諸多因素，包括陽光使貝努升溫，以及太陽系裡的幾百個天體對這顆小行星的引力，甚至是遙遠的冥王星。問題是，研究人員必須估計關鍵群組裡大多數天體的質量：小行星帶最大的343個天體。
“令我驚訝的是，其他小行星也會產生影響，”Lauretta說。其他誤差來源變得足夠小後，“這些影響就會顯示出來，這讓我們吃了一驚。”
未來的任務將有助於提升預測精準度。NASA的近地天體調查任務將於2026年啟動，科學家將利用紅外太空望遠鏡，尋找小行星的熱訊號，從而估算它們的大小。這個望遠鏡有望發現幾萬個新的小行星，併為已發現的那些提供更好的資料。
“我們希望儘可能地瞭解更多天體，這樣就能對可能發生的事情做出合理推測，”這項任務的首席研究員Mainzer說。
Mainzer和Lauretta還補充說，向更多小行星發射更多飛船會有所幫助，OSIRIS-REx本身也準備行動起來。2023年9月，這艘探測器將飛越地球，把裝滿貝努樣本的太空艙扔到猶他州，然後繼續它的太陽系之旅。到目前為止，Lauretta的團隊只發現了一個OSIRIS-REx可行的後續目標：近地小行星阿波菲斯，它將在2029年4月接近地球。
至少未來一個世紀，阿波菲斯不會對地球構成威脅。但除了對地球的風險，探訪阿波菲斯這樣的星球，將給科學家帶來新的視野，並拓寬對太陽系歷史的認知。
人類還有一個多世紀的時間，繼續監測貝努對地球的威脅，並在必要時改變這種風險。太空機構已經在測試消除小行星威脅所需的程式和技術。2022年，NASA的雙小行星重定向測試（DART）飛船將撞上直徑約170米、繞近地小行星飛行的小衛星，目標是改變小衛星的軌道。
如果未來人類受到小行星撞擊的威脅，那麼科學家將用更大版本的“動力衝擊器”把小行星推入安全軌道，只要撞擊前，我們有多年準備時間。至於貝努這樣的天體，在近200年前我們就發現了潛在威脅，Mainzer說，人類有“非常多的選擇”。
譯者：Sky4
