迎接“疯狂的石头”
2013年2月15日，乌拉尔山区原本极其普通的一天，现在已经成为一个最不平凡的日子。来自世界各地的游客们早已守候在覆满白雪的西伯利亚田野，这里冬季的黑夜格外漫长，但黑夜和寒冷并没有影响人们的好心情，因为当黎明接近时，积云笼罩多日的天气已经放晴，深邃空旷的天空终于完美地展现出来。人们带着安逸的心情欣赏这深蓝色的夜幕——2月份的恒星格外耀眼明亮，它们出现在了比平常更高的位置，缓慢地绕着北极星旋转，而并不十分多见的偶现流星也频繁地划出亮线，似乎在为稍后的演出做准备。
这是一场什么演出呢？这么隆重！
原来这场演出的主角是一颗小行星，它将空降乌拉尔山区。
许多商业大亨和名人政要也来到了乌拉尔山区的车里雅宾斯克市，甚至有谣言说，俄罗斯总统普京也在其中。这些人不满足于在地面观看陨石雨，他们乘坐包机，在车里雅宾斯克上空乱飞。但是，科学家们禁止包机飞入一些特殊的空中区域，这些地方或者留给了来自俄罗斯联邦航天局、欧洲太空总署和美国航空航天局的科研飞机，或者是小行星路径投影正下方的空中禁区。为了防止光污染的干扰，车里雅宾斯克附近的城市全都实行灯火管制——每一个人都时刻准备着记录即将到来的“飞火流星”。
以上所谓盛大的天文观摩大会的描述，其实是半虚构的，但2013年车里雅宾斯克陨石坠落事件却是真实的，那次陨石灾难造成了1200人受伤以及3300万美元的损失。科学家认为，如果我们在“小行星发现”和“小行星防御”方面的努力提早10年的话，车里雅宾斯克的陨石灾难就可能变成上面的天文观摩盛会。
科学家的说法是有根据的。因为现在已经有一系列强大的天基红外巡天望远镜，比如拟建的哨兵太空望远镜，再加上专业的地面望远镜，比如在建的欧洲极大望远镜和大口径全景巡天望远镜，也许能够提前预报出直奔地球的直径20米的小行星。
如果那时先进的小行星监测系统已经到位，车里雅宾斯克陨石事件中科学家们会有什么动作呢？
准备观测“火球”
科学家们假设，如果在2013年初，两个新型的天基红外巡天望远镜早在1月份就发现了这颗小行星，说明这颗小行星离地球已经很近了。到了2月初，美国加利福尼亚州金石地面站的射电天文望远镜和波多黎各的阿雷西博射电望远镜也能够看到它了。
小行星的反射光谱表明，它是一颗普通的岩石成分的球粒状陨石，直径大约在17米到20米之间。它的质量难以确定，没人知道它到底是一颗岩石还是一颗多孔的碎石，根据尺寸计算，它的质量不会超过1.2万吨。通过这么多望远镜的联合观察，科学家们已经能够精确预测出小行星的轨道、撞击时间（精确到秒）和撞击位置（精确到千米），而且知道小行星将以每秒钟19千米的速度进入大气层。在进入地球大气时，小行星肯定会爆炸，爆炸的能量将达到数百万吨TNT的威力，是广岛原子弹的几十倍。
如果天文学家对小行星的计算到了如此精确的地步，那么在2013年2月15日，早在乌拉尔山的东南部天空开始泛出微弱火光之前，科学家们早已花了1个星期来校准和调试设备。高清照相机、望远镜、辐射计、雷达天线和支架、光谱分析仪和光学高温计全都指向了东部的天空，而且所有的仪器全都安装在平衡环上，使仪器以合适的旋转速度追踪“火球”。在陨石预期的着陆点附近，研究人员也已经部署好地震检波器、麦克风、次声波探测器、微气压计、风速计和尘埃收集器……
并且在日出之前，科学家们还会发射无人机和热气球，主要是为了精确读取大气状况、记录爆炸产生的冲击波在三维空间的传播情况。
尽管科学家们收到了安全警报，但他们毫不理会，因为这个观测机会是独一无二的。
当然这一切并没有成为现实，但这并不妨碍我们继续假设，当天文学家们真的抓住这个机会，他们会看到什么壮观的景象？
壮观的“演出”
在日出前的15分钟，雷达已经从地平线处接收到强烈的反射波，此时小行星还位于太平洋上空数千千米处。12分钟后，它穿过了中国和哈萨克斯坦的上空。再过几分钟，俄罗斯将发射一系列烟示探空火箭，它们就好像烟花，沿着小行星轨道的侧翼飞行，以测量冲击波，就好像冷战时期测量核武器威力时的场景。当小行星进入俄罗斯境内、离撞击地点还有100多千米远的时候，灵敏的红外探测器和辐射计已经锁定它了。
现在，小行星的速度已经达到了每秒19千米，但主要是横向移动，下降的速度约是水平速度的1／3。这对每个人来说都是幸运的，科学家们会有更多的时间来搜集数据，游客能看到更长时间的演出，当地居民也会免于小行星正向撞击而带来的灭顶之灾。
当小行星开始进入高空中大气边缘时，它快速地撞击空气、压缩前面的空气，使空气变成了随小行星运动的高温等离子体。在小行星的前面，高温等离子体发射出了强大的冲击波，在小行星的后面，高温等离子体被卷绕起来形成了一个铅笔头般的尖尾。几秒种后，小行星进入了厚厚的大气层，这里的空气被压缩时会形成致密的浓云，而人类也已经可以凭借肉眼观看到热等离子体的亮光了。
此时，科学家们开始欢呼，游客们也相互拥抱，拒绝撤离，他们企图去寻找陨石残片，然后卖个好价钱。但“演出”才刚刚开始，在接下来的10秒钟，这颗小行星会变得更亮，因为它将压缩更加致密的空气，迫使它们变成更热的等离子体。小行星的核心目前仍然是“安静”的，因为它后端的大气稀薄，产生的压力不足以打破或者毁坏坚硬的岩石。但是，前端的热量已经渗入岩石表面，一些材料将会被极速蒸发，然后扫进后端的“尾巴”里。
令人兴奋的过程仍在持续，来自空气的压力终于超过了岩石自身的强度，小行星的核心开始断裂。岩石的破裂意味着将获得更大的表面积，同时代表将面临更大的阻力，更大的阻力又会造成岩石的进一步破裂。当破裂的碎片足够小时，它们会完全蒸发，动能完全转化成了爆炸的能量，小行星的坠毁演出来到了高潮的顶点。尽管巨大的爆炸照亮了天空，但它看上去更像一个纯粹的火花，一闪而过之后继续西去。红外和雷达可以跟踪它几秒钟，在小行星着陆之前估计出小行星的着陆地点。
在爆炸从视野里消失的时候，包机和私人飞机要忙着逃离现场了。它们不是超音速飞机，爆炸产生的冲击波会追上它们，所以飞得越远越好。更需要逃离的是爆炸区域附近的居民，地面天文基站早已为他们评估了风险并设计好了应对方案。1分钟后，爆炸的冲击波来到了车里雅宾斯克市，但它造成的损坏并不大，因为居民早已得到警告，用栅木板固定了玻璃，3300万美元被省下了。
最后，在不远处冰冻的切巴尔库尔湖，通过追踪的数据，科学家们迅速找到了陨石最大的一块残片。而通过阵列声波传感器，其他较大的碎片也会被定位。和业余搜藏家们赛跑之后，科学家们将陨石送到实验室，进行同位素检测。
预测“投向死亡”的SL9
上述假设的故事在科学上是正确的，而关于游客和防范的部分，则是科幻小说。为了使上述的故事能够实现，科学家们还需要寻找更多近地天体，尤其是那些终点指向地球、没有“请帖”就匆匆而来的不速之客，比如车里雅宾斯克陨石。科学家喜欢称这种天体为“投向死亡”的小行星，因为当这些小行星被发现时，它们已经走在了“投向死亡”的道路上，既不能再次出现在围绕主星的轨道上，也没有时间来转移路线，只能毁灭。幸运的是，大部分“投向死亡”的小行星都比车里雅宾斯克陨石小得多，它们威胁不大，反而能给科学研究和旅游业创收带来机会。
科学家对于“投向死亡”小行星的研究兴趣源于1994年撞击木星的苏梅克—列维9号彗星（简称SL9），它是首个在坠毁之前就被人类预先发现的“投向死亡”小行星。1993年3月24日，美国加州帕洛玛天文台的科研人员发现了SL9，当时它只剩下环绕木星最后的两年时光了。由于和木星的距离已经非常接近，SL9已经被强大的引力撕成20多块碎片。科学家当时就认定，SL9的20多块碎片将组成浩浩荡荡的彗星群，鱼贯而行，如同一列细长的太空列车，将于1994年7月份撞进木星。
SL9是在非常完美的时机被发现的，1994年天文学的一些新发展成果正好可以被科学家们充分利用。那时哈勃望远镜刚开始服役，可以拍摄出非常高质量的图像，新墨西哥州的桑迪亚国家实验室也刚刚组装了世界上最强大的计算机，使科学家们能够精确模拟撞击事件并作出有意义的预测。科学家们把SL9与木星的撞击当成天空中的一项巨型实验，通过观察SL9轨道和撞击的时间、位置来检验计算机模型是否正确。这绝对是一个你在地球上任何实验室都无法完成的大规模实验。
为此，科学家利用计算机模拟了SL9撞击的过程。他们参考了20多个不同尺寸的碎片的数据，做了一系列的模拟。模拟结果表明，撞击点将位于木星的背面，撞击残骸会产生大火球或者羽状的白炽热气，从木星的东南边缘升起，亮度足以被地球观察者看到。随后，哈勃望远镜观测到的漂亮图片证实了科学家们的预测。
寻找奔向地球的死亡行星
科学家们意识到，大气层出现的巨型火球并非木星独有，当地球上空发生爆炸时，应该会出现同样的现象。科学家们又模拟了1908年的通古斯大爆炸，同样会出现一个非常高的大火球，而这与历史观测记录是吻合的。但科学家并不满足于此，他们希望建立一个系统，可以搜索到奔向地球并带来某种规模爆炸的小行星，并且能够预先提出警报。这样可以在小行星坠毁之前仔细观测它们的特征，又有利于改进我们的模型从而对未来做出更好的预测。
在过去的20年里，天文技术已经取得了很大的发展，目前诸如近地天体广角红外线探测望远镜、全景巡天望远镜和卡特林那巡天系统都在努力编目具有潜在破坏力的近地天体，这对于科学研究和小行星防御都有很大的益处，而且其成本要低于从小行星上带回一块样品所需的费用。
经济效益也会增加这项科学活动的吸引力。兴奋的游客会愿意花一大笔金钱来看一个宇宙奇观。也许，冒险的魅力和陨石越来越高的价格将在同一时间激励投资者、科学家和政府官员。如果这些都成真的话，在下一次投向死亡的行星到来时，观测点的票价将成为人们最关心的问题。
本文源自大科技*科学之谜2016年第6期杂志、欢迎广大读者关注我们大科技的微信号：hdkj1997
