（來源：MIT Technology Review）
未來某一天，一顆長度約為足球場大小的小行星可能會與地球相撞。如果運氣好，它會墜入廣闊的海洋，引發規模適中但無害的海嘯，或者落在無人居住的沙漠中。然而，要是它衝向一座城市，那將引發一場現代史上最嚴重的自然災害。
幸運的是，對於全球 80 億人口來說，行星防禦——這個致力於防止小行星撞擊的科學領域，正處於蓬勃發展的研究階段。天文學家們時刻觀測星空，不斷搜尋可能構成威脅的近地天體；同時，科研人員正積極探索應對小行星撞擊的方法。
2022 年 9 月，美國宇航局的雙小行星重定向測試（DART）取得成功。當時，一艘帶有太陽能電池板機翼、小汽車大小的半自動航天器，以每小時 14000 英里的速度撞擊了一顆名為 Dimorphos 的小行星，成功改變了其圍繞另一顆名為 Didymos 的較大小行星軌道。
不過，在某些情況下，單純依靠物理撞擊可能無法保護地球。此時，或許需要另一種難以在現實中測試的方法——核爆炸。
科學家們藉助計算機模擬，對這種潛在的行星防禦手段進行了研究。理想情況下，研究人員更希望依靠真實可靠的資料來支撐他們的模型。但將核武器送入太空違反國際法，還可能加劇國際政治緊張局勢。更嚴重的是，它可能對地球造成損害，比如火箭發射故障可能會導致放射性碎片進入大氣層。
過去幾年裡，科學家們開始嘗試突破實驗限制，探索出一些創新性的方法。這項工作始於 2023 年，由新墨西哥州阿爾伯克基桑迪亞國家實驗室的物理學家和化學工程師 Nathan Moore 帶領團隊開展。桑迪亞國家實驗室是美國核武器計劃的工程部門，屬於半秘密基地。該實驗基地裡有一臺名為 Z 脈衝功率裝置（Z 機器），它由金屬圓柱構成，佈滿了警告標識和線路，能產生足以融化鑽石的能量。
研究人員認為，可以利用 Z 機器在安全的小範圍內進行相關實驗。
經過一段時間的準備，2023 年 7 月，Moore 團隊終於做好了準備。在控制室裡，他們緊張地等待著，遠端監控著嗡嗡作響的實驗裝置。實驗裝置核心放置著兩塊模擬小行星的岩石樣本，按下按鈕後，X 射線如雷般射向樣本。如果樣本被 X 射線擊退，就能證明此前僅存在於理論層面的設想：核武器能夠讓小行星偏離地球軌道。
那麼，實驗能成功嗎？
巨石和碎石堆
小行星撞擊地球，和其他自然災害一樣難以預測。雖然我們不必為此憂心忡忡，但萬一運氣不佳，一顆危險的太空隕石可能就會給地球帶來滅頂之災。
需要重點關注的是長度超過 460 英尺（140 米）的小行星。據估計，在地球附近約有 2.5 萬顆這樣的小行星，而目前僅發現了不到一半。雖然每天遭遇這類小行星撞擊的機率極低，但哪怕是這個尺寸範圍內較小的一顆，如果撞上人口密集地區，也可能造成巨大破壞。因此，天文學家將這類中型小行星稱為 “城市殺手”。
一旦發現 “城市殺手” 級別的小行星可能撞擊地球，我們必須採取措施阻止它。可以是透過技術將小行星擊碎成無害碎片，使其避開地球；或使其在大氣層中燃燒殆盡；也可以讓小行星改變軌道，偏離與地球的碰撞路徑。
擊碎小行星可能會意外地變成多個較小但依然致命的碎片，所以通常被視為最後的手段。相比之下，改變小行星軌道被認為更安全、更可靠。實現這一目標的方法之一，是部署一種被稱為動力撞擊器的航天器，透過撞擊將動量傳遞給小行星，使其偏離地球。美國宇航局的 DART 任務證明了這種方法的可行性，但也存在一些限制：要確保小行星完全避開地球，需要提前數年進行軌道偏轉操作；而且，如果發現時間過晚，或者小行星太大，僅靠一次類似 DART 的任務遠遠不夠。這就需要多個動力撞擊器，精準地撞擊小行星一側，才能將其推離危險軌道，這對軌道力學要求極高，航天機構不敢輕易嘗試。
在這種情況下，在小行星附近引爆核武器或許是最佳選擇。核武器爆炸產生的 X 射線會照射小行星的一個半球，在幾百萬分之一秒內，小行星表面的岩石會被猛烈粉碎並蒸發。噴射到太空中的碎片流就像火箭發動機一樣，推動小行星向相反方向移動。 “在某些情況下，動能撞擊不足以解決問題，我們必須使用核爆炸裝置。”Moore 表示。
（來源：MIT Technology Review）
這個想法並非新創。幾十年前，布朗大學的行星地質學家和撞擊專家 Peter Schultz 發表關於行星防禦的演講後，氫彈之父、曼哈頓計劃重要成員 Edward Teller 邀請他到辦公室交流。Teller 提出，想進行一次近地小行星飛掠測試，並測試核彈。他想知道，如果用核武器的 X 射線轟炸小行星，會發生什麼？能否阻止使用大規模殺傷性武器引發的太空災難？
但 Teller 的設想並未實現，而且短期內也不太可能成為現實。聯合國 1967 年制定《外層空間條約》規定，任何國家都不得在外層空間部署或使用核武器。
那麼，該如何開展研究呢？
大多數情況下，研究人員藉助美國各實驗室的超級計算機，在虛擬世界中模擬核爆炸對小行星的影響。勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的物理學家、行星防禦研究員 Mary Burkey 表示：“這絕非易事。”在電腦上簡單操作一下，不可能馬上得到想要的答案。“核彈在太空中爆炸時，只會釋放出 X 射線。X 射線照射到小行星表面，研究人員需要追蹤這些微小的光子如何穿透表面，之後還要將微米級別的解析度拓展到數百米寬的範圍，觀察衝擊波傳播以及碎片飛入太空的過程，這涉及四個不同的問題。”
儘管近期高保真模擬研究表明，核武器是破壞和偏轉小行星的有效手段，但由於每顆小行星在機械結構和地質構成上都獨一無二，不確定性依然很大。結構相對完整的小行星，對核偏轉操作的反應可能比較直接；而由一堆鬆散巨石靠微弱引力聚集在一起的小行星，反應可能混亂且難以控制。
模擬實驗雖然能在一定程度上回答這些問題，但畢竟是對現實的虛擬再現，存在一些假設條件。霍普金斯大學應用物理實驗室的超高速撞擊物理學家 Angela Stickle 表示：“模型的準確性取決於我們對物理原理的理解和運用。”為了確保模擬結果真實可靠，需要進行物理實驗作為支撐。
研究動力撞擊器的科研人員能夠獲取真實世界的資料。除了 DART 任務，他們還可以利用專門的大炮，如美國宇航局加州艾姆斯研究中心的垂直靶場，向隕石發射各種射彈。透過這些實驗，能瞭解小行星碎片的強度，從而模擬小規模的動力撞擊任務。
然而，基於核爆炸的小行星防禦模擬實驗要獲取真實資料則困難得多。長期以來，在小範圍內重現相關物理過程被認為是幾乎不可能完成的任務。幸運的是，致力於行星防禦的科研人員既堅韌又富有創造力，包括桑迪亞國家實驗室摩爾團隊在內的多個科研團隊，都提出了各自的解決方案。
X 射線剪刀
回到 Moore 團隊的實驗。在進行實驗前，他的團隊制定了詳細的方案。
此前和正在進行的一些實驗，都用 X 射線照射類似小行星的目標，但 Moore 團隊對其中一個環節不太滿意。在地球上進行實驗時，微型小行星樣本是固定的，而太空中的小行星是自由漂浮的。為了真正測試 X 射線能否偏轉小行星，需要讓目標在真空中懸浮，可這一難題此前一直沒有解決辦法。
最終，他們找到了一個巧妙的辦法：用兩片極薄的鋁箔將目標固定在 Z 機器的真空室內。當 X 射線爆炸衝擊鋁箔和目標時，鋁箔會瞬間蒸發，使目標短暫懸浮在真空室中，就像在太空中一樣，從而可以被 X 射線推離。“就像揮一揮魔杖，鋁箔就消失了。” 摩爾形容道，並將這種技術命名為 “X 射線剪刀”。
2023 年 7 月，經過精心籌備，團隊一切準備就緒。在 Z 機器的真空室內，放置著兩個指甲蓋大小的目標，分別是石英和熔融石英，這兩種物質在真實小行星中較為常見。旁邊，一團氬氣也準備就緒。確認一切無誤後，大家離開實驗區，來到控制室等待。起初，四周一片寂靜。
“待命。”
“發射！”
實驗瞬間結束，快得他們的耳朵都沒來得及捕捉到金屬碰撞聲。氬氣雲受到衝擊向內坍縮，瞬間變成等離子體，X 射線從中噴射而出，射向真空室內的兩個目標。鋁箔瞬間消失，兩個目標表面以超音速向外飛濺碎片，目標也以每小時 160 英里的速度被 X 射線推離。
當時 Moore 並不在現場。“實驗進行的時候，我在西班牙和妻子慶祝週年紀念日，這是我絕對不想錯過的。”不過，Z 機器發射後不久，他就收到同事發來的簡短訊息：實驗成功了！這意味著核爆炸能夠推動太空中的物體。
儘管這些實驗都是安全的，但行星防禦領域的科研人員深知，僅僅討論使用核武器，無論出於何種目的，都存在一定的禁忌——哪怕這是為了拯救世界。
在確定這類小行星防禦技術的可靠性之前，科研人員還有很長的路要走。但他們的每一項進展，都關乎全人類的安全。“如果我們成功解決了這個問題，那將是全人類的勝利。”Moore 說道。
原文連結：
https://www.technologyreview.com/2025/04/14/1114306/space-nuclear-explosion-asteroid-protection-research/