近期，一颗编号为“2024 YR4”的小行星引发公众广泛关注——天文学家预测其有可能在7年内撞击地球，触发都灵3级警报，且撞击概率一度高达3.1%。这是美国航空航天局（NASA）有史以来观测到的同等或更大体积天体中撞击地球风险最高的一个。联合国和平利用外层空间委员会甚至召开科学技术小组会议，讨论该小行星的撞击风险、观测情况及未来监测计划等。
不过，就在本周，也就是距离拉响警报仅两个月后，2024 YR4撞击地球的风险迅速跌至0.001%，已接近于零。难道这一切只是虚惊一场？
于深空中穿行的小行星2024 YR4（图/NASA官网）
宇宙浩渺广阔，地球虽只是其中微不足道的一个“暗淡蓝点”，但漫漫几十亿年间被“天外来客”砸中的概率还是存在。尤其是2024 YR4所在的近地小行星群，已留下数次飞临地球“肇事”的记录。那么，小行星撞地球的概率究竟有多高？一旦“不速之客”真的到访，人类如何防御？
相隔20年，风险警报再次触发
去年12月27日，NASA的小行星撞击临近警告系统在执行近地小行星搜索任务时捕捉到一个“危险分子”：小行星2024 YR4。
很快，天文学家们计算出了这颗直径在40米到90米之间（相当于一个网球场到足球场的大小）的石质小行星的初步轨道，原来它已于12月25日从最接近地球的82.8万千米处飞过，目前正在远离。
不过，NASA喷气推进实验室近地天体研究中心（CNEOS）和欧洲航天局近地天体协调中心等机构独立测算了这颗小行星撞击地球的概率并达成共识：当它再次飞临近地点时，在2032年12月22日撞击地球的概率超过1%。
这一数据触发了都灵危险指数的3级警报，意为“具有显著风险，需要密切关注”。这是自2004年小行星阿波菲斯（又名“毁神星”）引发全球关注以来，首次有天体达到都灵3级或以上级别。
都灵危险指数是一种对地球与小行星和彗星等近地天体撞击危险进行分类的相对简单方法。国际天文学联合会从1999年开始使用都灵指数对潜在的撞击地球事件进行分类，指数从0到10递增，代表了地球受小行星撞击的威胁程度逐级上升。
上海天文馆网络科普部部长、上海市天文学会副理事长施韡解释，当小行星直径在20-100米之间、撞击地球概率超过1%时，就会触发3级警报。NASA的小行星撞击风险预警系统提供了一个“小行星撞击风险排行榜”。目前，榜单上有32个目标，其中绝大多数撞击概率都在0.1%以下，都灵风险指数仅在0级徘徊，只有2024 YR4的都灵风险指数“异军突起”，所以显得格外“扎眼”。
这一警报引起了国际天文学界的高度关注。德国天文学家丹尼尔·班伯格根据既有数据推演出了小行星潜在的撞击带：从墨西哥西海岸开始，穿越厄瓜多尔和南美洲北部，贯穿大西洋中部后经过非洲中部（肯尼亚至索马里），一直延伸到印度北部。这意味着全球三个高人口密度大洲都有可能受到影响。
2013年2月15日，陨石突袭俄罗斯车里雅宾斯克州，导致多达7000多座建筑物受损，千余人受伤。（图/新华社发）
CNEOS主任保罗·乔达斯博士表示，如果2024 YR4的实际大小接近90米，且届时以每秒17千米的速度撞击地球，有万分之一的可能性会造成最高50千米范围的爆炸性破坏，释放的能量相当于770万吨TNT炸药——如果它直接撞击地面，足以摧毁一座城市，故而有媒体将其称为“城市杀手”。
四年后，人类最后一次观测窗口
虽然小行星撞地球是极小概率事件，可一旦发生，将会带来区域性或全球性的重大影响，甚至威胁人类存续。众所周知，小行星撞击事件曾在6500万年前造成恐龙灭绝。
施韡认为，面对2024 YR4这样一个真实存在的威胁，当务之急是加紧观测。但由于这颗小行星个头不大，亮度很弱，观测难度很大。目前，科学家们对它的大小、密度、地质环境等要素仍无法确定。
更让天文学家们头痛的是，它被发现时刚好离地球较近，也是其最亮之时。欧洲航天局在官网上公布的信息显示，2024 YR4在接下来几周内会继续远离地球，并很快变暗。所以，中型望远镜已经很难看到它，天文学家需要使用欧洲南方天文台的甚大望远镜、双子座望远镜等8米级光学望远镜，才能追踪到其位置。今年5月，它将彻底消失在人类视野中，直到2028年6月才会重新出现。这意味着在2024 YR4消失之前，人类“可能无法获取足够的观测数据来排除其撞击地球的风险”。
施韡认为，2028年底，当2024 YR4的亮度重回20等时，观测将进入最关键时段。但经过三年多的观测空白期，小行星的实际轨道是否会与现在预测的有较大出入尚未可知。无论如何，2028年距离潜在撞击只有4年，几乎是人类的最后一次观测窗口，若真要采取行动，“估计那将是最后关头”。
自今年1月初以来，天文学家们已利用位于美国新墨西哥州的马格达莱纳岭天文台和智利的甚大望远镜对其进行追踪观测。目前人类所拥有的最强大红外波段空间望远镜“詹姆斯·韦伯”也计划在3月和5月对2024 YR4进行观测，以进一步提升其测轨精度，估测小行星尺寸。
詹姆斯·韦伯天文望远镜（图/NASA官网）
此外，随着新望远镜的投入使用——比如中国的巡天空间望远镜、位于智利的薇拉·鲁宾天文台，以及NASA计划于2027年发射的近地天体巡天望远镜NEO Surveyor等，2024 YR4的后续观测和危险预测工作也将有更多机构参与。
国际首次，联合国启动响应机制
针对小行星撞击地球的“近忧与远虑”，全球科学家目前正在积极开展小行星防御国际协作。施韡将这一状态形容为“小行星防御进行时”——虽不如科幻大片那般紧张刺激，却是人类实实在在的行动，“只不过现阶段的任务不是干预，而是观测”。
目前，在联合国和平利用外层空间事务办公室框架下成立的国际小行星预警网（IAWN）和空间任务规划咨询组（SMPAG）均已启动了响应机制。
据施韡介绍，前者的目标是协调全球资源开展小行星联合观测；后者的职能则是当发现小行星存在较高撞击风险时，决定人类将如何应对——如果小行星尺寸大于10米、撞击概率超过1%，IAWN就要向联合国相关机构通报；如果小行星尺寸大于50米，且撞击时间将发生在50年内、撞击概率超过1%，SMPAG将启动相应措施。这项协调机制确立于2017年，2024 YR4的出现则是这两个组织第一次真正意义上启动小行星撞击应对工作。
2月4日至6日，在奥地利首都维也纳举行的联合国和平利用外层空间事务办公室科技小组会上，IAWN和SMPAG先后组织专题会议研究讨论2024 YR4的监测和处置意见，我国也派代表参会。经研究讨论，SMPAG认为，当前尚无必要立即规划任何太空任务，建议在本可见期内继续积极监测，以进一步推算撞击概率和天体尺寸。今年4月底5月初，他们可能再次举行会议，以进一步确定是否采取行动。
所幸自2月20日以来，NASA不断调低2024 YR4撞击地球的概率——2月22日为0.36%，23日是0.004%，25日则跌至0.001%，都灵风险等级直降到“零级”。当然，一切还要看2028年它再次露脸后的轨道观测结果。
2030年前后，我国试验小行星防御
不过，就算2024 YR4最终闯入地球，对一颗直径数十米的石质小行星而言，其大部分母体会在大气层被烧掉。施韡解释，由于小行星本身形状、密度不均匀，高速飞行中所受压力存在明显差异，因此多数会在空中爆炸形成陨石雨，残留部分变成大量碎片落到地面。
2013年俄罗斯车里雅宾斯克的陨石坠落事件就是如此。直径约17米的小行星母体在距离地面约23千米处爆炸，所产生的冲击波造成数平方千米内的7000多栋房屋不同程度受损，近1500人受伤。最终散落到地面的陨石较小，被发现的最大陨石坑直径为6米。
2013年2月15日，袭击俄罗斯车里雅宾斯克州的陨石在空中留下一道轨迹。（图/新华社发）
根据初步估算，2024 YR4的个头虽然比车里雅宾斯克小行星大了数倍，但施韡认为最有可能出现的情况仍是空爆，所产生的冲击波波及范围可能达上千平方千米，“这才是最需要警惕和提防的。”
若是一颗足以带来毁灭性打击的天体真要撞上地球，人类如何回击？施韡介绍，目前看来最具可行性的是发射动能撞击器，通过撞击小行星来改变其轨道，让它与地球“擦肩而过”。
2022年，NASA的双小行星重定向测试任务就曾成功改变了一颗较小行星（直径约160米）的轨道。不过，要让一颗公转周期达4年的小行星累积出足够的轨道偏离从而错开地球，干预必须要有充足的提前量。
此外，诸如炸弹定向引爆、飞行器捕获、引力牵引、激光烧蚀等小行星防御新技术也在探索中，目前尚不成熟。
我国也高度重视近地天体撞击风险的应对。2024年9月举行的第二届深空探测（天都）国际会议上，我国发布了首次近地小行星防御任务方案设想，并计划于2030年前后实施首个近地小行星防御任务。届时，将采用“伴飞+撞击+伴飞”模式，对目标小行星进行动能撞击，并评估撞击效果。
>>>延伸阅读：如何预测小行星撞击地球风险？
预测基石：开普勒定律
得益于望远镜、数码相机和超级计算机的发展，人类对浩瀚宇宙的观测能力日益提升，发现2024 YR4这样一颗直径不到100米、距离地球约100万公里的小行星并不稀奇。但要预测小行星的轨道则离不开17世纪德国天文学家约翰内斯·开普勒提出的著名定律。
开普勒发现，天体的轨道有3种基本形状：椭圆形（圆形轨道可视为椭圆轨道的特殊形式）、抛物线形和双曲线形。如果天体轨道是椭圆形的，那么它将被太阳的引力束缚，永远围绕太阳运行，除非受到行星引力的干扰。
椭圆轨道的基本特征包括轨道的大小、离心率、轨道方向和倾角等参数。只要知道这些参数，就能精确描述轨道。如果我们还知道天体在某一时刻的位置，比如它被发现时的坐标，结合后续观测数据，开普勒方程就能帮助我们预测其未来行动轨迹。
提升精度：持续跟踪观测
然而，实际计算和操作远较此复杂。虽然理论上最少只需3次具有一定时间间隔的观测，就能推算出某一天体的轨道参数，但精度很差。再加上小行星亮度很低，地面上只有少数大口径望远镜才有能力观测到。这些微小误差会随着时间的推移逐渐累积，最后可能“谬之千里”。
为减少误差，天文学家会对天体持续跟踪观测，获取整条轨道上尽可能多的数据以消弭轨道预测误差。然而，随着小行星与地球渐行渐远，亮度会迅速减弱，最终从观测视野中消失。
此外，天体轨道不仅受太阳或其他大行星的引力影响，还会受太阳辐射压力影响从而产生细微变化。因此，天文学家必须将这些扰动因素也纳入轨道预测中。
估算概率：动态修正轨道
如何通过观测小行星判断它撞击地球的概率？最常见的方法是通过模拟小行星轨道，标记其与地球的相对位置，进而判断地球轨道是否与小行星轨道相交。
值得注意的是，即使轨道存在交点，也不意味着灾难即将来临。相对于宇宙空间，地球只是一个极小的目标，而小行星可能经过的空间通常非常庞大。因此，即便某颗小行星看起来很危险，它撞击地球的概率通常仍然极低。大多数新发现的潜在威胁小行星的撞击概率通常只有几千分之一至几万分之一。
一般来说，随着更多观测数据的积累，科学家可以更准确地计算小行星的轨道，最终确认它会安全地远离地球。有时，小行星的撞击概率会在初期上升并引发关注——这也是2024 YR4最近发生的情况。
NASA的数据显示，这颗小行星撞击地球的概率从最初的1.2%一路攀升到1.5%、1.9%、2.3%、2.6%，并于2月19日登顶至3.1%。随着观测数据的不断增加，轨道参数也在不断修正，小行星的撞击概率也在动态调整。目前，2024 YR4的撞击概率已降至0.001%，但数据仍在不断变化。
