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研究人員在實驗室中采用X射線,成功模擬核爆並使小行星軌域偏轉

2024-09-28科學

在浩瀚的宇宙中,隕石的威脅一直以來都是人類不得不面對的隱患。雖然我們常常在夜空中仰望星辰,卻鮮有意識到這些星辰之間存在的潛在危機。在太陽系的火星和木星軌域之間有一個區域,有一個小行星帶,小行星帶中的天體大小不一,從直徑數公裏的小行星到塵埃顆粒都有。據估計,小行星帶中至少有數百萬顆小行星。小行星帶中的一些小行星可能會因為重力擾動而改變軌域,極少數情況下可能會與地球或其他行星相撞。

根據最新的實驗室研究,科學家們發現,科幻片中使用核彈來炸毀小行星,可能真的有助於地球避免災難性的隕石撞擊。這項研究打破了我們對隕石威脅的傳統認識,也為未來的行星防禦提供了一條新思路。

這項首創性的實驗采用了全球最強大的實驗室放射線源,首次證明了在接近隕石的地方引爆一次協調的核打擊,可以產生足夠的力量,使其偏離與地球的致命碰撞。實驗的核心並不是爆炸本身,而是由爆炸產生的強烈X射線爆發。這項研究由珊迪亞國家實驗室的Z機器放射線源團隊負責,他們在9月23日於【自然】雜誌上發表了相關發現,標誌著科學家們在隕石偏轉技術上的重要突破。

研究的主要作者,珊迪亞國家實驗室的物理學家Nathan Moore指出:「對於大多數人來說,來自隕石的危險似乎很遙遠。實際上,我們的星球每天都在被BB彈大小的隕石擊中,造成的現象我們稱之為流星。」他強調,不應等到一個大型隕石出現時才開始考慮應對措施,而是要提前做好準備,以便能在危機來臨時迅速應對。

2023年,美國國家科學院發表了一份報告,明確指出行星防禦已成為國家的優先事項。先前的模擬研究表明,核彈產生的沖擊波足以成功地將即將到來的隕石偏離軌域。然而,這些模擬的前提是隕石需要提前幾十年被發現。而對於那些僅在幾年前才出現在地球附近的隕石,科學家們則認為它們距離太近,無法在不向地球發送危險碎片的情況下推開,這讓許多科學家感到無奈。

為了研究核武器如何有效地避免這種災難,珊迪亞實驗室的研究團隊進行了一項創新的實驗。他們在Z機器的內部,將十分之一克類似隕石的矽酸鹽置於超薄箔片上。Z機器發射後,產生的強大磁場將內部的氬氣壓縮成與太陽表面相似的超高溫電漿。這一過程瞬間汽化了箔片,產生了一陣強烈的X射線,使得咖啡豆大小的矽酸鹽顆粒在空中漂浮了大約20萬分之一秒。

Moore進一步解釋道:「這是一個新穎的想法。我們模擬了一個隕石在太空中的懸浮狀態。在這短短的20萬分之一秒內,我們幾乎可以忽略地球的重力,Z機器產生的X射線寬度約為12.5公釐,足以覆蓋模擬隕石的表面。我們的目標是使用足夠的力量改變飛行巖石的軌域,而不是將其分裂成多個同樣致命的小碎片,危及地球。」

在確認實驗的有效性後,研究人員計劃基於這一實驗建立一個潛在的影響和偏轉場景資料庫,以便在真正的碰撞前可以咨詢,預先做好防範措施。這一資料庫將成為未來行星防禦的寶貴資源。

全球範圍內的太空機構也在積極研究可能的方法,以在更長的預警時間內實作對隕石的有效偏轉。例如,2021年11月24日,NASA發射了雙小行星重新導向測試(DART)任務。該任務在2022年秋天成功地透過撞擊,將非危險隕石Dimorphos推離了軌域,創造了人類歷史上第一個人為流星雨。這項成功的實驗不僅驗證了撞擊偏轉技術的可行性,也為未來的行星防禦策略提供了參考。

而中國在這一領域的探索也不甘落後,目前正在早期規劃階段的隕石重新導向任務中,計劃透過將23枚長征5號火箭撞向可能對地球造成災難性撞擊的隕石Bennu,將其軌域進行偏轉。這樣的努力不僅是對科學技術的挑戰,也是對人類未來安全的重視。

值得一提的是,隕石撞擊事件在歷史上曾造成過許多災難性後果。例如,約6600萬年前,導致恐龍滅絕的正是一次大規模的隕石撞擊。這次撞擊不僅改變了地球的生態環境,還讓數以百萬計的生物滅絕,地球因此進入了一個新的歷史時代。因此,科學家們對隕石的研究不僅關乎當前的科學探索,更是對人類未來的責任。

在面對宇宙的未知時,科學家們的努力讓我們看到了一絲希望。透過對隕石威脅的深入研究與防禦手段的探索,人類或許能在未來更好地保護自己,避免重蹈歷史的覆轍。正如Moore所說:「我們希望透過這項研究,能為人類的未來提供更多的保障。」