近地小行星(NEAs)指的是那些轨道与地球轨道相交的小行星。这种类型的小行星可能会有与撞击地球的危险。截至 2011 年 9 月发现中等体积大小的近地小行星数量约为 19500 颗。其中有 500 多颗小行星的直径超过 1km。这些小行星中的任何一颗一旦撞击地球,都将带来毁灭性的灾难。近地小行星分为Amors、Apollos、Atens、Atiras四类。事实上,访问近地小行星所需的 delta-v 比访问月球还小,NASA 的近地小行星约会探测器,已经访问过这些小行星中最著名的小行星 433 号(爱神星),日本隼鸟号也成功的登陆系川小行星,现已返航并带回物质样本。
已知的大小 4km 的近地小行星已有数百个。可能还存在成千上万个直径大于 1km 的近地小行星,数量估计超过 2000 个,天文学家相信它们只能在轨道上存在一千万至一亿年,它们要么最终与内行星碰撞要么就是在接近行星时被弹出太阳系,该过程可能会消耗大量小行星,但似乎小行星来源仍然在不断补给。
2020年3月,中科院紫金山天文台发布一颗近地小行星:2020 FL2直径约20米,绝对星等26.3等。 [1] 
中文名
近地小行星
外文名
near-earth asteroid
别    名
彗星
缩    写
NEAs
专    业
天体/物理/天文学
定    义
运行时可离地球轨道很近的小行星

近地小行星发现历史

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近地小行星Itokawa 近地小行星Itokawa
1898 年,天文学家维特发现了第 433 号小行星。他用笔一算,简直吓了一跳。这颗小行星的轨道半长径只有 1.46 天文单位,比火星还小。而且在它到达近日点时,距离太阳只有 1.13 天文单位,已经非常靠近地球了。这个发现引起了人们的特别关注,为这颗小行星起了个爱神星的雅号。这是自第一颗小行星谷神星发现以来,首次观测到的主环带内小行星。
小行星爱神星发现后的 20 多年时间里,人们一直以为它就是距离太阳最近的小行星,因此备受人们的青睐。然而,到了 1932 年,比利时天文学家德尔波特发现了第 1221 号小行星“阿莫尔”,它把小行星距太阳最近的记录刷新到 1.09 天文单位。时隔仅两个月,阿莫尔的这一新记录又被另一颗新发现的小行星所取代。这颗小行星一下子把近地距的记录刷新到 0.65 天文单位。使人们惊叹的是,它不但越过了地球,而且还飞越过了金星轨道。这颗被编为第 1862 号的小行星取名为“太阳神阿波罗”。
从此之后,小行星的近日距记录接二连三地被打破。天文学家们根据已经掌握的这些小行星的近日点距离和轨道半长径的数值,把它们划分为三种类型:
阿莫尔型小行星-近日点均在地球轨道以外,介乎 1.017 至 1.3 AU 之间,不会威胁到地球;
阿登型小行星-它们的半主轴均小于 1 天文单位,在地球轨道以内;
阿波罗型小行星-轨道近日距约小于 1 天文单位,因此可深入到金星,甚至水星轨道以内。
近地小行星 近地小行星
这三种类型的小行星都称为近地小天体英文简称 NEO(Near Earth Object)。
近地小行星爱神星,1930 年 1 月发生大冲(它到达近日点时与地球、太阳排列成一直线。这时距离地球距离最短,为 0.17 天文单位,约 2500 万千米。阿波罗星在发现那年的 5 月 15 日,它的近地距离仅为 1140 万千米。
近地小行星想象图 近地小行星想象图
20 世纪 30 年代,是近地小行星频繁造访地球的时期。记录表明,1936 年 2 月 7 日,小行星阿多尼斯星在距地球 220 万千米的地方掠过地球。1937 年发现的“赫米斯”星,着实把人们吓了一大跳。这年的 10 月 30 日,它跑到地球身旁的 70 万千米处,一夜间越过了地球大半个天空。几十万千米在天文学家眼里只是近在咫尺之距。如果它在途中遭遇什么“不幸”(指地心引力作用),弄不好会同地球相撞的。赫米斯(又译为赫尔墨斯)为希腊神话中众神的使者,常被宙斯等众神派到地上来“探访”。人们用这个名字给离地球最近的小行星命名,再合适不过的了。
近地小行星1999 KW4 近地小行星1999 KW4
随后的五六十年中,人们相继记录到的近地小行星还有伊卡鲁斯星、地理星、托洛星以及近几年发现的奥斯汀星,它们都与地球比较接近。但是,绝大多数的近地小行星的近地距离都比月地距离大。也就是说,迄今为止,还没有发现一颗小行星是从地球与月亮之间飞掠过地球的。小行星的频频造访,已引起天文学家们的关注。近几十年来,有些与地球轨道相仿的小行星以及有可能靠地球最近的一些小行星,已经处于天文学家的密切监视之下。因为一些科学家们认为,尽管有些小行星的轨道并不与地球轨道完全重合,有一定的倾角,但由于小行星在大行星的摄动下,轨道会和地球轨道相交,从而有可能与地球相撞。这并不是耸人听闻和庸人自忧。国际天文组织机构已经成立了监视和预警机构,对小行星中的危险分子和可疑分子进行密切的监视与追踪。
2020年3月,中科院紫金山天文台发布一颗近地小行星:2020 FL2。这颗小行星3月23日凌晨4时38分24秒飞掠地球,与地球的最近距离约14.4万公里。小行星2020 FL2直径约20米,绝对星等26.3等。观测计算表明,其轨道半长径为1.32天文单位(约合1.98亿公里),偏心率0.61,与地球的轨道交会距离约为14.25万公里。 [1] 
2022年1月,从中科院紫金山天文台获悉,该台近地天体望远镜近日发现一颗正在向地球飞来的近地小行星。国际小行星中心将其编号为2022 AA,预计它将于2月4日飞掠地球。这也是2022年全球范围内发现的首颗近地小行星。 [5] 
2022年7月27日,国际小行星中心发布公告确认中国科学院紫金山天文台于7月23日、24日新发现两颗近地小行星——2022 OS1和2022 ON1。 [6] 

近地小行星形态分类

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近地小行星撞击地球想象图 近地小行星撞击地球想象图
一些近地小行星拥有很高的偏心轨道导致它们实质成为“短期”彗星,因为它们会在太阳附近完全消耗挥发,事实上只有很少近地小行星展现出类似彗星那样昏暗的彗尾。这些近地小行星可能来自柯伊伯带,柯伊伯带在海王星外围,那里是彗星的来源地。其余的近地小行星可能是真正的小行星,在木星的引力交互作用下衍生自小行星带
火星的两个天然卫星,火卫一火卫二,似乎是被火星引力俘获的阿莫尔小行星。值得一提的是阿波罗小行星与阿托恩小行星的偏心轨道穿越地球轨道,这使得它们可能产生撞击的威胁,而阿莫尔型小行星不穿越地球轨道但却可能距离地球非常近。有时也使用阿朱那小行星指称那些几乎完全与地球轨道重合的小行星。近地小行星的称谓要比近地天体来的严格。

近地小行星物理特点

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近地小行星(NEAs)的近日点距离q≤1.3AU ,而远日点的距离Q≥0.983AU。这个群体被划分为三个子群:Atens 、Apollos和 Amors,每一个都是根据第一个被发现的小行星所对应的子群而命名的。一些近地小行星会非常令人感兴趣,这些任务所需要的速度增量甚至比月球探测任务更小,这是由于小行星与地球公转的相对速度较小(△V),并且引力场微弱。这些任务可能会提供有趣的直接地球化学和天文学研究的机遇,并作为人类开发宇宙所需材料的潜在来源。这使它们成为未来的探索之中具有吸引力的目标(Xu等,2007年)。另外,许多近地小行星,被认为是有潜在危险的小行星( PHAs)。有潜在危险的小行星目前根据小行星驶向靠近地球的危险轨道的可能性参数而定义。具体地说,所有的小行星与地球轨道相交的最小距离(MOID)小于等于0.05AU和绝对星等H=22mag,或更少,被认为是PHAs。换句话说,任何靠近地球距离超过0.05AU(比月亮还约20倍)或是直径小于150m(H =22mag与假设的反照率0.13)的小行星都不被认为是PHAs。
截至2012年的5月,已经知道了8880个大小从1m ~ 32km的近地小行星。H<18的近地小行星(大小基本大于1km)和小于7.4AU的是Bottke等(2002年)估计的总数有960±120个,在最近的调查结果的一项协议NEOWISE( Mainzer等,2011年)他发现了981±19个D > 1km的 NEAs。Mainzer等(2011年)也估计直径大于100m 的近地小行星的总数为20500±3000个,稍低于以前的数量(Rabinowitz等,2000年; Harris , 2008年)。 [2] 

近地小行星撞击实例

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我国发现的第一颗近地小行星的轨道 我国发现的第一颗近地小行星的轨道
2002 年 6 月 6 日,一个估计直径为 10m 的天体撞击了地球。该次撞击发生在地中海,地点约在 34°N21°E。 该天体在大气层中引爆燃烧。其释放出的能量大约(根据次声测量)相当于 2.6 万吨三硝基甲苯黄色炸药),与一个中型核武器相当。当时印度与巴基斯坦正处于核战边缘,如果该小行星撞击在该区域后果将是灾难性的。
2010年9月8日,两颗轨道不同的小行星将分别于美国东部时间8日清晨和下午与地球“擦肩而过”,届时它们各自与地球的最短距离均少于地球和月球之间的距离,但地球上的人用肉眼看不到它们。 航空航天局称,第一颗小行星代号为2010 RX30,直径在 10~20m 之间,将于美国东部时间 8 日 5 时 51 分到达距地球最近处,约为25万公里,此时它的位置在北太平洋上方;第二颗代号2010 RF12,直径6~14m,将于美国东部时间17时12分到达距地球最近处,约为8万公里,此时它在南极洲上方。地球和月球之间的平均距离约为 38.4 万公里。美国航空航天局的一名科学家介绍,宇宙中每天都有大约 5000 万个天体从靠近地球的太空中穿过,但这两颗小行星在同一天以如此近的距离与地球“亲密接触”,实在不多见。他还表示,人类应该加强对有可能威胁地球的天体的监测,用于这方面的天文望远镜还不够大,数量也不够多,因此只能提前一两天观测到朝地球飞来的“危险天体”,这两颗小行星的“到访”为我们敲响了警钟。
2013年2月15日俄罗斯叶卡捷琳堡时间(YEKT)上午9时15分(世界标准时间3时15分)左右,在俄罗斯乌拉尔联邦管区车里雅宾斯克市发生了一次陨石雨事件。陨石进入大气层时直径约15米,质量约 7千公吨,在天空中留下大约10公里长的轨迹,主要的碎片似乎击中了切巴尔库尔湖。据俄罗斯媒体报道报道,该次事件中有1500人受伤。大多数受伤的原因是碎玻璃和建筑震动。俄罗斯内务部发言人表示,没有人受重伤,陨石坠落引发的强烈冲击波导致车里雅宾斯克州近300栋房屋窗户破损,其中包括部分医院、学校和幼儿园据俄内务部消息,该事件已造成1200多人受伤,其中大部分是碰伤、挫伤和划伤等轻伤,110多名伤势略重者已住院治疗。
俄罗斯内务部表示,他们已在车里雅宾斯克州三处地点找到坠落的陨石碎片。其中一块落入切巴尔库利湖,并留下一个直径约8m的冰窟窿,附近发现一些1cm见方的黑色硬物,据估计可能是陨石碎屑。俄紧急情况部发布警告说,当地居民不要接近不明物体,以免被陨石碎片所携有害物质伤害。
俄罗斯联邦宇航署也对陨石掉落时没有及时预报陨石坠落地点进行了解释,他们表示由于陨石进入到大气层以后的移动没有规律,在此之前俄罗斯宇航署以及国外宇宙的监测研究机构都没有对这颗陨石进行记录所以也没对它的飞行轨迹和落地点进行比较成功的分析和预测。用俄罗斯宇航署的话说最后掉在车里雅宾斯克纯属偶然。 [3] 

近地小行星防御方案

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星系
星系(3张)
中国知名学者周海中教授接受媒体采访时表示,科学界有多种对付近地小行星撞击地球的防御方案,并且有些方案正在准备付诸行动。具“理论可行性”的方案有:
  • 用核武器去炸掉它,但麻烦的是爆炸很可能把它变成许多小“杀手”,把带有放射性的物体抛入不可预测的轨道;而对于一些松散结构的近地小天体,爆炸所起到的作用又很有限。并且,核武器在太空环境中,如果在小天体表面爆炸,它的威力很弱,效果不理想。这种方法一直毁誉参半。
  • 用太空飞船撞击它,改变其轨道或把它撞碎。这种方法比较有效,但如同用核武器一样,这也可能把灾难扩大数倍。
  • 用航空器给它施加压力(即用机械力),使它加速或减速,从而改变其飞行方向。这种方法比较理想,但能威胁地球的小天体质量相对于人类的航空器都是天文数字,实行极为困难,并存在一定的风险。
  • 用激光使它的表面物质向外发散,从而产生反向加速度使它改变飞行方向;或者用超强激光把它摧毁成对地球无害的小碎块。这种方法也比较理想,但必须要有超大功率的激光系统。
  • 用油漆涂料来改变它的颜色,影响它吸收太阳光和热量,通过热能的变化来改变其轨道。这种方法见效比较慢,另外所需的大量涂料如何运去也是个问题。
  • 用火箭把一面巨大的风筝形太阳帆发送到它的上面,而张开的太阳帆利用反弹太阳光子所产生的压力把它逐渐推离原来的轨道。这种方法的技术要求较高,难度较大。
  • 在它的表面插入一种像火箭那样的装置,让这种装置不断地喷出物质,像喷气式飞机那样,通过反作用力来改变其飞行方向,同理能威胁地球的小天体质量相对于人类的火箭是天文数字。这种方法好像有点浪漫色彩。
当然,还有其他的防御方案。所有的方案几乎都停留在理论设想阶段;它们是否切实可行可靠,还要靠将来的实践来检验。

近地小行星主要案例

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  1. 2014 年 5 月 2 日下午 4 点 13 分,一颗被发现不到一周的小行星和地球擦肩而过。这颗小行星编号为“2014 HL129”,直径六七米,在地球和月亮之间飞过。和地球距离最短时为 30 万公里,比地月距离还近 8 万公里。“2014 HL129”是一个椭圆形轨道的阿波罗型近地小行星,2014 年 4 月 28 日,才被科学家们发现。在不到一周的时间里与地球擦肩而过。最短距离为 30 万公里,在地球和月亮的中间飞掠过去。因为速度够快并没有撞向地球。 [4] 
  2. 2014 年 5 月 3 日凌晨 4 点多,编号为“2014 GY48”的小行星,再次向地球飞来。它的直径达 800m 左右,如果砸向地球后果不堪设想。“幸好,它飞掠地球的时候,距离地球很远,大约有 45 倍的地月距离远。” [4] 
  3. 2014 年 5 月 3 日下午 4 点左右,编号为“2014 HO132”的小行星再度略过地球,和地球最短距离约为 80 多万公里。这颗小行星的直径为大约为 30 米。“2014 HL129”是近半个月来,距离地球最近的一颗小行星。它对地球并没有敌意,它自己在绕 [3]  太阳公转,绕太阳回归一次是 1.45 年。虽然离地球足够近,对地球的确构成潜在威胁,但不会对人类构成很大危险,因为还有大气层的保护。就算冲向地球来了,大部分材质会在大气里被燃烧掉,而砸到地表的 [4]  部分也很有限,相当于强流星雨的威力,但从观测的情况来看,不太可能砸向地球。 [4] 
近地小行星与地球之间有个“警戒线”-750 万公里,当近地小行星越过“警戒线”,它就有可能撞向地球。据统计,直径大于 1km 的小行星撞击地球,约 100 万年发生一次;直径大于 2km 的小行星撞击地球,约 300 万年发生一次;直径大于 6km 的小行星撞击地球,上亿年才可能发生一次。“打个通俗的比方,小行星撞击地球的概率相当于同一个人被雷电击中两次,即 64 万分之一的概率,可想而知概率有多小。” [4] 
美国前太空人卢杰曾指出,足以毁灭城市的小行星撞击地球的可能性,比科学家早前预期的还要高。报道称,卢杰是已退役的美籍华裔太空人,他领导着非营利组织 B612 基金会,该组织研究小行星撞击地球的可能性。报道指出,全面禁止核试验条约组织收集的数据显示,在 2000~2013 年期间,侦听核试炸的全球网络总共监测到 26 次小行星在地球大气层爆炸。卢杰称,一颗直径 40 米、不到美式足球场一半大小的小行星就足以撞平一座城市。 [4] 
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参考资料