風險突然降到0，小行星撞地球真的只是虛驚一場？

近期，一顆編號爲“2024 YR4”的小行星引發公衆廣泛關注——天文學家預測其有可能在7年內撞擊地球，觸發都靈3級警報，且撞擊概率一度高達3.1%。這是美國航空航天局（NASA）有史以來觀測到的同等或更大體積天體中撞擊地球風險最高的一個。聯合國和平利用外層空間委員會甚至召開科學技術小組會議，討論該小行星的撞擊風險、觀測情況及未來監測計劃等。

不過，就在本週，也就是距離拉響警報僅兩個月後，2024 YR4撞擊地球的風險迅速跌至0.001%，已接近於零。難道這一切只是虛驚一場？

於深空中穿行的小行星2024 YR4（圖/NASA官網）

宇宙浩渺廣闊，地球雖只是其中微不足道的一個“暗淡藍點”，但漫漫幾十億年間被“天外來客”砸中的概率還是存在。尤其是2024 YR4所在的近地小行星羣，已留下數次飛臨地球“肇事”的記錄。那麼，小行星撞地球的概率究竟有多高？一旦“不速之客”真的到訪，人類如何防禦？

相隔20年，風險警報再次觸發

去年12月27日，NASA的小行星撞擊臨近警告系統在執行近地小行星搜索任務時捕捉到一個“危險分子”：小行星2024 YR4。

很快，天文學家們計算出了這顆直徑在40米到90米之間（相當於一個網球場到足球場的大小）的石質小行星的初步軌道，原來它已於12月25日從最接近地球的82.8萬千米處飛過，目前正在遠離。

不過，NASA噴氣推進實驗室近地天體研究中心（CNEOS）和歐洲航天局近地天體協調中心等機構獨立測算了這顆小行星撞擊地球的概率並達成共識：當它再次飛臨近地點時，在2032年12月22日撞擊地球的概率超過1%。

這一數據觸發了都靈危險指數的3級警報，意爲“具有顯著風險，需要密切關注”。這是自2004年小行星阿波菲斯（又名“毀神星”）引發全球關注以來，首次有天體達到都靈3級或以上級別。

都靈危險指數是一種對地球與小行星和彗星等近地天體撞擊危險進行分類的相對簡單方法。國際天文學聯合會從1999年開始使用都靈指數對潛在的撞擊地球事件進行分類，指數從0到10遞增，代表了地球受小行星撞擊的威脅程度逐級上升。

上海天文館網絡科普部部長、上海市天文學會副理事長施韡解釋，當小行星直徑在20-100米之間、撞擊地球概率超過1%時，就會觸發3級警報。NASA的小行星撞擊風險預警系統提供了一個“小行星撞擊風險排行榜”。目前，榜單上有32個目標，其中絕大多數撞擊概率都在0.1%以下，都靈風險指數僅在0級徘徊，只有2024 YR4的都靈風險指數“異軍突起”，所以顯得格外“扎眼”。

這一警報引起了國際天文學界的高度關注。德國天文學家丹尼爾·班伯格根據既有數據推演出了小行星潛在的撞擊帶：從墨西哥西海岸開始，穿越厄瓜多爾和南美洲北部，貫穿大西洋中部後經過非洲中部（肯尼亞至索馬里），一直延伸到印度北部。這意味着全球三個高人口密度大洲都有可能受到影響。

2013年2月15日，隕石突襲俄羅斯車里雅賓斯克州，導致多達7000多座建築物受損，千餘人受傷。（圖/新華社發）

CNEOS主任保羅·喬達斯博士表示，如果2024 YR4的實際大小接近90米，且屆時以每秒17千米的速度撞擊地球，有萬分之一的可能性會造成最高50千米範圍的爆炸性破壞，釋放的能量相當於770萬噸TNT炸藥——如果它直接撞擊地面，足以摧毀一座城市，故而有媒體將其稱爲“城市殺手”。

四年後，人類最後一次觀測窗口

雖然小行星撞地球是極小概率事件，可一旦發生，將會帶來區域性或全球性的重大影響，甚至威脅人類存續。衆所周知，小行星撞擊事件曾在6500萬年前造成恐龍滅絕。

施韡認爲，面對2024 YR4這樣一個真實存在的威脅，當務之急是加緊觀測。但由於這顆小行星個頭不大，亮度很弱，觀測難度很大。目前，科學家們對它的大小、密度、地質環境等要素仍無法確定。

更讓天文學家們頭痛的是，它被發現時剛好離地球較近，也是其最亮之時。歐洲航天局在官網上公佈的信息顯示，2024 YR4在接下來幾周內會繼續遠離地球，並很快變暗。所以，中型望遠鏡已經很難看到它，天文學家需要使用歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡、雙子座望遠鏡等8米級光學望遠鏡，才能追蹤到其位置。今年5月，它將徹底消失在人類視野中，直到2028年6月纔會重新出現。這意味着在2024 YR4消失之前，人類“可能無法獲取足夠的觀測數據來排除其撞擊地球的風險”。

施韡認爲，2028年底，當2024 YR4的亮度重回20等時，觀測將進入最關鍵時段。但經過三年多的觀測空白期，小行星的實際軌道是否會與現在預測的有較大出入尚未可知。無論如何，2028年距離潛在撞擊只有4年，幾乎是人類的最後一次觀測窗口，若真要採取行動，“估計那將是最後關頭”。

自今年1月初以來，天文學家們已利用位於美國新墨西哥州的馬格達萊納嶺天文臺和智利的甚大望遠鏡對其進行追蹤觀測。目前人類所擁有的最強大紅外波段空間望遠鏡“詹姆斯·韋伯”也計劃在3月和5月對2024 YR4進行觀測，以進一步提升其測軌精度，估測小行星尺寸。

詹姆斯·韋伯天文望遠鏡（圖/NASA官網）

此外，隨着新望遠鏡的投入使用——比如中國的巡天空間望遠鏡、位於智利的薇拉·魯賓天文臺，以及NASA計劃於2027年發射的近地天體巡天望遠鏡NEO Surveyor等，2024 YR4的後續觀測和危險預測工作也將有更多機構參與。

國際首次，聯合國啓動響應機制

針對小行星撞擊地球的“近憂與遠慮”，全球科學家目前正在積極開展小行星防禦國際協作。施韡將這一狀態形容爲“小行星防禦進行時”——雖不如科幻大片那般緊張刺激，卻是人類實實在在的行動，“只不過現階段的任務不是干預，而是觀測”。

目前，在聯合國和平利用外層空間事務辦公室框架下成立的國際小行星預警網（IAWN）和空間任務規劃諮詢組（SMPAG）均已啓動了響應機制。

據施韡介紹，前者的目標是協調全球資源開展小行星聯合觀測；後者的職能則是當發現小行星存在較高撞擊風險時，決定人類將如何應對——如果小行星尺寸大於10米、撞擊概率超過1%，IAWN就要向聯合國相關機構通報；如果小行星尺寸大於50米，且撞擊時間將發生在50年內、撞擊概率超過1%，SMPAG將啓動相應措施。這項協調機制確立於2017年，2024 YR4的出現則是這兩個組織第一次真正意義上啓動小行星撞擊應對工作。

2月4日至6日，在奧地利首都維也納舉行的聯合國和平利用外層空間事務辦公室科技小組會上，IAWN和SMPAG先後組織專題會議研究討論2024 YR4的監測和處置意見，我國也派代表參會。經研究討論，SMPAG認爲，當前尚無必要立即規劃任何太空任務，建議在本可見期內繼續積極監測，以進一步推算撞擊概率和天體尺寸。今年4月底5月初，他們可能再次舉行會議，以進一步確定是否採取行動。

所幸自2月20日以來，NASA不斷調低2024 YR4撞擊地球的概率——2月22日爲0.36%，23日是0.004%，25日則跌至0.001%，都靈風險等級直降到“零級”。當然，一切還要看2028年它再次露臉後的軌道觀測結果。

2030年前後，我國試驗小行星防禦

不過，就算2024 YR4最終闖入地球，對一顆直徑數十米的石質小行星而言，其大部分母體會在大氣層被燒掉。施韡解釋，由於小行星本身形狀、密度不均勻，高速飛行中所受壓力存在明顯差異，因此多數會在空中爆炸形成隕石雨，殘留部分變成大量碎片落到地面。

2013年俄羅斯車里雅賓斯克的隕石墜落事件就是如此。直徑約17米的小行星母體在距離地面約23千米處爆炸，所產生的衝擊波造成數平方千米內的7000多棟房屋不同程度受損，近1500人受傷。最終散落到地面的隕石較小，被發現的最大隕石坑直徑爲6米。

2013年2月15日，襲擊俄羅斯車里雅賓斯克州的隕石在空中留下一道軌跡。（圖/新華社發）

根據初步估算，2024 YR4的個頭雖然比車里雅賓斯克小行星大了數倍，但施韡認爲最有可能出現的情況仍是空爆，所產生的衝擊波波及範圍可能達上千平方千米，“這纔是最需要警惕和提防的。”

若是一顆足以帶來毀滅性打擊的天體真要撞上地球，人類如何回擊？施韡介紹，目前看來最具可行性的是發射動能撞擊器，通過撞擊小行星來改變其軌道，讓它與地球“擦肩而過”。

2022年，NASA的雙小行星重定向測試任務就曾成功改變了一顆較小行星（直徑約160米）的軌道。不過，要讓一顆公轉週期達4年的小行星累積出足夠的軌道偏離從而錯開地球，干預必須要有充足的提前量。

此外，諸如炸彈定向引爆、飛行器捕獲、引力牽引、激光燒蝕等小行星防禦新技術也在探索中，目前尚不成熟。

我國也高度重視近地天體撞擊風險的應對。2024年9月舉行的第二屆深空探測（天都）國際會議上，我國發布了首次近地小行星防禦任務方案設想，並計劃於2030年前後實施首個近地小行星防禦任務。屆時，將採用“伴飛+撞擊+伴飛”模式，對目標小行星進行動能撞擊，並評估撞擊效果。

>>>延伸閱讀：如何預測小行星撞擊地球風險？

預測基石：開普勒定律

得益於望遠鏡、數碼相機和超級計算機的發展，人類對浩瀚宇宙的觀測能力日益提升，發現2024 YR4這樣一顆直徑不到100米、距離地球約100萬公里的小行星並不稀奇。但要預測小行星的軌道則離不開17世紀德國天文學家約翰內斯·開普勒提出的著名定律。

開普勒發現，天體的軌道有3種基本形狀：橢圓形（圓形軌道可視爲橢圓軌道的特殊形式）、拋物線形和雙曲線形。如果天體軌道是橢圓形的，那麼它將被太陽的引力束縛，永遠圍繞太陽運行，除非受到行星引力的干擾。

橢圓軌道的基本特徵包括軌道的大小、離心率、軌道方向和傾角等參數。只要知道這些參數，就能精確描述軌道。如果我們還知道天體在某一時刻的位置，比如它被發現時的座標，結合後續觀測數據，開普勒方程就能幫助我們預測其未來行動軌跡。

提升精度：持續跟蹤觀測

然而，實際計算和操作遠較此複雜。雖然理論上最少只需3次具有一定時間間隔的觀測，就能推算出某一天體的軌道參數，但精度很差。再加上小行星亮度很低，地面上只有少數大口徑望遠鏡纔有能力觀測到。這些微小誤差會隨着時間的推移逐漸累積，最後可能“謬之千里”。

爲減少誤差，天文學家會對天體持續跟蹤觀測，獲取整條軌道上儘可能多的數據以消弭軌道預測誤差。然而，隨着小行星與地球漸行漸遠，亮度會迅速減弱，最終從觀測視野中消失。

此外，天體軌道不僅受太陽或其他大行星的引力影響，還會受太陽輻射壓力影響從而產生細微變化。因此，天文學家必須將這些擾動因素也納入軌道預測中。

估算概率：動態修正軌道

如何通過觀測小行星判斷它撞擊地球的概率？最常見的方法是通過模擬小行星軌道，標記其與地球的相對位置，進而判斷地球軌道是否與小行星軌道相交。

值得注意的是，即使軌道存在交點，也不意味着災難即將來臨。相對於宇宙空間，地球只是一個極小的目標，而小行星可能經過的空間通常非常龐大。因此，即便某顆小行星看起來很危險，它撞擊地球的概率通常仍然極低。大多數新發現的潛在威脅小行星的撞擊概率通常只有幾千分之一至幾萬分之一。

一般來說，隨着更多觀測數據的積累，科學家可以更準確地計算小行星的軌道，最終確認它會安全地遠離地球。有時，小行星的撞擊概率會在初期上升並引發關注——這也是2024 YR4最近發生的情況。

NASA的數據顯示，這顆小行星撞擊地球的概率從最初的1.2%一路攀升到1.5%、1.9%、2.3%、2.6%，並於2月19日登頂至3.1%。隨着觀測數據的不斷增加，軌道參數也在不斷修正，小行星的撞擊概率也在動態調整。目前，2024 YR4的撞擊概率已降至0.001%，但數據仍在不斷變化。