未来某一天，一颗长度约为足球场大小的小行星可能会与地球相撞。如果运气好，它会坠入广阔的海洋，引发规模适中但无害的海啸，或者落在无人居住的沙漠中。然而，要是它冲向一座城市，那将引发一场现代史上最严重的自然灾害。

幸运的是，对于全球 80 亿人口来说，行星防御——这个致力于防止小行星撞击的科学领域，正处于蓬勃发展的研究阶段。天文学家们时刻观测星空，不断搜寻可能构成威胁的近地天体；同时，科研人员正积极探索应对小行星撞击的方法。

2022 年 9 月，美国宇航局的双小行星重定向测试（DART）取得成功。当时，一艘带有太阳能电池板机翼、小汽车大小的半自动航天器，以每小时 14000 英里的速度撞击了一颗名为 Dimorphos 的小行星，成功改变了其围绕另一颗名为 Didymos 的较大小行星轨道。

不过，在某些情况下，单纯依靠物理撞击可能无法保护地球。此时，或许需要另一种难以在现实中测试的方法——核爆炸。

科学家们借助计算机模拟，对这种潜在的行星防御手段进行了研究。理想情况下，研究人员更希望依靠真实可靠的数据来支撑他们的模型。但将核武器送入太空违反国际法，还可能加剧国际政治紧张局势。更严重的是，它可能对地球造成损害，比如火箭发射故障可能会导致放射性碎片进入大气层。

过去几年里，科学家们开始尝试突破实验限制，探索出一些创新性的方法。这项工作始于 2023 年，由新墨西哥州阿尔伯克基桑迪亚国家实验室的物理学家和化学工程师 Nathan Moore 带领团队开展。桑迪亚国家实验室是美国核武器计划的工程部门，属于半秘密基地。该实验基地里有一台名为 Z 脉冲功率装置（Z 机器），它由金属圆柱构成，布满了警告标识和线路，能产生足以融化钻石的能量。

研究人员认为，可以利用 Z 机器在安全的小范围内进行相关实验。

经过一段时间的准备，2023 年 7 月，Moore 团队终于做好了准备。在控制室里，他们紧张地等待着，远程监控着嗡嗡作响的实验装置。实验装置核心放置着两块模拟小行星的岩石样本，按下按钮后，X 射线如雷般射向样本。如果样本被 X 射线击退，就能证明此前仅存在于理论层面的设想：核武器能够让小行星偏离地球轨道。

那么，实验能成功吗？

巨石和碎石堆

小行星撞击地球，和其他自然灾害一样难以预测。虽然我们不必为此忧心忡忡，但万一运气不佳，一颗危险的太空陨石可能就会给地球带来灭顶之灾。

需要重点关注的是长度超过 460 英尺（140 米）的小行星。据估计，在地球附近约有 2.5 万颗这样的小行星，而目前仅发现了不到一半。虽然每天遭遇这类小行星撞击的概率极低，但哪怕是这个尺寸范围内较小的一颗，如果撞上人口密集地区，也可能造成巨大破坏。因此，天文学家将这类中型小行星称为 “城市杀手”。

一旦发现 “城市杀手” 级别的小行星可能撞击地球，我们必须采取措施阻止它。可以是通过技术将小行星击碎成无害碎片，使其避开地球；或使其在大气层中燃烧殆尽；也可以让小行星改变轨道，偏离与地球的碰撞路径。

击碎小行星可能会意外地变成多个较小但依然致命的碎片，所以通常被视为最后的手段。相比之下，改变小行星轨道被认为更安全、更可靠。实现这一目标的方法之一，是部署一种被称为动力撞击器的航天器，通过撞击将动量传递给小行星，使其偏离地球。美国宇航局的 DART 任务证明了这种方法的可行性，但也存在一些限制：要确保小行星完全避开地球，需要提前数年进行轨道偏转操作；而且，如果发现时间过晚，或者小行星太大，仅靠一次类似 DART 的任务远远不够。这就需要多个动力撞击器，精准地撞击小行星一侧，才能将其推离危险轨道，这对轨道力学要求极高，航天机构不敢轻易尝试。

在这种情况下，在小行星附近引爆核武器或许是最佳选择。核武器爆炸产生的 X 射线会照射小行星的一个半球，在几百万分之一秒内，小行星表面的岩石会被猛烈粉碎并蒸发。喷射到太空中的碎片流就像火箭发动机一样，推动小行星向相反方向移动。 “在某些情况下，动能撞击不足以解决问题，我们必须使用核爆炸装置。”Moore 表示。

这个想法并非新创。几十年前，布朗大学的行星地质学家和撞击专家 Peter Schultz 发表关于行星防御的演讲后，氢弹之父、曼哈顿计划重要成员 Edward Teller 邀请他到办公室交流。Teller 提出，想进行一次近地小行星飞掠测试，并测试核弹。他想知道，如果用核武器的 X 射线轰炸小行星，会发生什么？能否阻止使用大规模杀伤性武器引发的太空灾难？

但 Teller 的设想并未实现，而且短期内也不太可能成为现实。联合国 1967 年制定《外层空间条约》规定，任何国家都不得在外层空间部署或使用核武器。

那么，该如何开展研究呢？

大多数情况下，研究人员借助美国各实验室的超级计算机，在虚拟世界中模拟核爆炸对小行星的影响。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的物理学家、行星防御研究员 Mary Burkey 表示：“这绝非易事。”在电脑上简单操作一下，不可能马上得到想要的答案。“核弹在太空中爆炸时，只会释放出 X 射线。X 射线照射到小行星表面，研究人员需要追踪这些微小的光子如何穿透表面，之后还要将微米级别的分辨率拓展到数百米宽的范围，观察冲击波传播以及碎片飞入太空的过程，这涉及四个不同的问题。”

尽管近期高保真模拟研究表明，核武器是破坏和偏转小行星的有效手段，但由于每颗小行星在机械结构和地质构成上都独一无二，不确定性依然很大。结构相对完整的小行星，对核偏转操作的反应可能比较直接；而由一堆松散巨石靠微弱引力聚集在一起的小行星，反应可能混乱且难以控制。

模拟实验虽然能在一定程度上回答这些问题，但毕竟是对现实的虚拟再现，存在一些假设条件。霍普金斯大学应用物理实验室的超高速撞击物理学家 Angela Stickle 表示：“模型的准确性取决于我们对物理原理的理解和运用。”为了确保模拟结果真实可靠，需要进行物理实验作为支撑。

研究动力撞击器的科研人员能够获取真实世界的数据。除了 DART 任务，他们还可以利用专门的大炮，如美国宇航局加州艾姆斯研究中心的垂直靶场，向陨石发射各种射弹。通过这些实验，能了解小行星碎片的强度，从而模拟小规模的动力撞击任务。

然而，基于核爆炸的小行星防御模拟实验要获取真实数据则困难得多。长期以来，在小范围内重现相关物理过程被认为是几乎不可能完成的任务。幸运的是，致力于行星防御的科研人员既坚韧又富有创造力，包括桑迪亚国家实验室摩尔团队在内的多个科研团队，都提出了各自的解决方案。

X 射线剪刀

回到 Moore 团队的实验。在进行实验前，他的团队制定了详细的方案。

此前和正在进行的一些实验，都用 X 射线照射类似小行星的目标，但 Moore 团队对其中一个环节不太满意。在地球上进行实验时，微型小行星样本是固定的，而太空中的小行星是自由漂浮的。为了真正测试 X 射线能否偏转小行星，需要让目标在真空中悬浮，可这一难题此前一直没有解决办法。

最终，他们找到了一个巧妙的办法：用两片极薄的铝箔将目标固定在 Z 机器的真空室内。当 X 射线爆炸冲击铝箔和目标时，铝箔会瞬间蒸发，使目标短暂悬浮在真空室中，就像在太空中一样，从而可以被 X 射线推离。“就像挥一挥魔杖，铝箔就消失了。” 摩尔形容道，并将这种技术命名为 “X 射线剪刀”。

2023 年 7 月，经过精心筹备，团队一切准备就绪。在 Z 机器的真空室内，放置着两个指甲盖大小的目标，分别是石英和熔融石英，这两种物质在真实小行星中较为常见。旁边，一团氩气也准备就绪。确认一切无误后，大家离开实验区，来到控制室等待。起初，四周一片寂静。

“待命。”

“发射！”

实验瞬间结束，快得他们的耳朵都没来得及捕捉到金属碰撞声。氩气云受到冲击向内坍缩，瞬间变成等离子体，X 射线从中喷射而出，射向真空室内的两个目标。铝箔瞬间消失，两个目标表面以超音速向外飞溅碎片，目标也以每小时 160 英里的速度被 X 射线推离。

当时 Moore 并不在现场。“实验进行的时候，我在西班牙和妻子庆祝周年纪念日，这是我绝对不想错过的。”不过，Z 机器发射后不久，他就收到同事发来的简短消息：实验成功了！这意味着核爆炸能够推动太空中的物体。

尽管这些实验都是安全的，但行星防御领域的科研人员深知，仅仅讨论使用核武器，无论出于何种目的，都存在一定的禁忌——哪怕这是为了拯救世界。

在确定这类小行星防御技术的可靠性之前，科研人员还有很长的路要走。但他们的每一项进展，都关乎全人类的安全。“如果我们成功解决了这个问题，那将是全人类的胜利。”Moore 说道。

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