核彈的X射線能否拯救地球免於致命小行星威脅？

對較大的岩石或太晚發現的小岩石來說，原本會造成大規模殺傷的核彈頭，可能反而成為我們的救贖。一項使用能產生極強輻射機器的新研究顯示，用核爆產生的X射線轟擊小行星，可以成功地將足以破壞文明的更大型小行星撞離地球。

這篇新研究發表在9月23日出版的《自然物理學》（Nature Physics）期刊，他們在機器內部懸掛與小行星類似的物體，並使用輻射脈衝轟擊。物體的表面物質瞬間蒸發並產生蒸氣噴射，讓目標像火箭一樣向後飛行。

「我立刻就知道這是個巨大的成功。」新墨西哥州桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories）的化學工程師、同時也是這項新研究主要作者的內森．摩爾（Nathan Moore）表示。這種類似火箭的效果，正是希望保衛地球的科學家在試圖應付真正小行星時，所希望看到的結果。

這個實驗裝置無法完美模擬使用核爆的小行星偏轉任務，但此一按比例縮小的模型提供了測試這項技術的好方法，而不需要在現實生活中製造深太空核爆，「所以這是個令人興奮的發展。」並未參與此項研究的馬里蘭州約翰霍普金斯大學應用物理實驗室（Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory）超高速撞擊物理學家安吉拉．史蒂克爾（Angela Stickle）如此表示。

如何推動小行星

讓我們想像一下：天文學家發現一顆足以造成危險的大型小行星正衝向我們。

如果這顆太空岩石夠小，而且提前至少十年被偵測到，我們就可以使用一種稱為「動能撞擊器」的太空船。這就是「雙小行星改道測試」任務的前提：2022年9月，美國航太總署將一艘貨車大小的無人半自動太空船，以每小時2萬2500公里的速度，撞向一顆無害的170公尺小行星「迪莫弗斯」（Dimorphos，又稱雙衛一），明顯地改變了它的軌道。

但這項技術對預警時間不到10年，或是大到足以摧毀整個國家的小行星來說並不適用。加州勞倫斯利佛摩國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）的行星防禦研究員梅根．布魯克．賽爾（Megan Bruck Syal）指出，如果是非常大的小行星，即使有充分的預警時間，但「一個動能撞擊器，甚至是一群動能撞擊器，可能都不足以阻止小行星撞擊地球。」

但核彈頭或許能提供拯救地球所需的巨大能量和動量。

並未參與此項研究工作的法國蔚藍海岸天文臺（Côte d’Azur Observatory ）行星科學家哈里森．阿格魯薩（Harrison Agrusa）表示：「從偏轉小行星的物理學角度來看，這會是兩種情況下的唯一可行選擇」。

如果預警時間極短，航太機構可能會選擇炸毀這顆小行星。小行星破裂成碎片後，大部分都不會撞上地球，或是在大氣層中就燃燒殆盡。先前的電腦模擬顯示，如果一顆足以摧毀城市的100公尺寬小行星，在撞擊前至少兩個月得到預警，那麼一顆百萬噸級的核彈幾乎可以將它完全蒸發。但這種方法有些孤注一擲，因為原本的「小行星砲彈」可能會變成一幕霰彈。

理想狀況下，我們還是會希望能讓小行星偏轉。因此要將裝載核彈的無人太空船停泊在小行星旁。核彈爆炸後，會放出一波輻射，包含了X射線、伽瑪射線和中子。這波輻射會衝向小行星的一側，小行星吸收後會立即被粉碎及蒸發，碎片往太空噴發並將小行星推往相反的方向。

雙小行星改道測試任務的狀況與此類似，當它擊中「迪莫弗斯」這團鬆散的碎石時，撞擊深掘並噴射出的大量碎片，讓「迪莫弗斯」的動量顯著提升並明顯偏轉，就像是相當於3.6倍「雙小行星改道測試任務太空船」的重量撞擊小行星，這表示小巧的太空船所產生的撞擊力道遠超過它的重量所及。

核彈所能提供的衝擊力比雙小行星改道測試任務太空船更為強大，但使用現有最強大的核武不一定是最好的計畫，因為有可能會不慎破壞小行星。「想像一下，要是你稍微高估了偏轉所需的能量，那會導致數千個放射性碎片落在地球上。」並未參與此項研究的瑞士伯恩大學行星科學家薩賓娜．拉杜坎（Sabina Raducan）表示。

我們不太可能在太空中使用核子武器進行行星防禦試驗，因為若是發射時發生故障，可能會將放射性物質噴射到大氣中。任何國家以任何理由，試圖在太空中投放核彈，都會引發前所未有的政治緊張局勢。

幸運的是，來自核武試驗、勞倫斯利佛摩國家實驗室國家點火設施（National Ignition Facility）的高能量實驗設施和尖端電腦模擬的數據強烈顯示，精心調整的核彈偏轉行動「可以非常有效地防止小行星撞擊地球。」並未參與此項研究的布魯克．賽爾如此表示。

研究團隊想要測試這個理論。為了找到答案，他們利用人造核爆轟擊微小的小行星。

模擬核爆

研究人員使用了桑迪亞國家實驗室的「Z機器」，這個裝置能利用強烈電磁場來產生高溫、高壓和強力的X射線噴發，威力大到可以輕易融化鑽石。

在他們的核彈偏轉模型中，科學家的目標是太空岩石中會出現的兩種礦物：一塊指甲大小的石英和一塊玻璃狀熔融石英。目標懸掛在機器一端的真空之中，而另一端則是使用強烈電流衝擊氬氣。

氬氣發生內爆，轉化為超熱的帶電氣體「電漿」，向目標物發出大量的X射線，以此模擬太空中的核爆。研究團隊觀察到目標的表面物質蒸發，並產生超音速噴射流，以每小時約260公里的速度將目標物推向後方。

研究團隊將他們的研究結果放大到真正的太空岩石上，估計若是有數年的預警時間，即使是顆4公里寬的小​​行星，也可能會逐漸偏離地球。

在實驗室中，使用彈道學來精進類似「雙小行星改道測試」動能衝擊器的模型，是常見的例行工作，但這個實驗裝置提供了測試利用X射線偏轉小行星技術的新方法。並未參與此項研究的約翰霍普金斯大學應用物理實驗室（Applied Physics Laboratory）物理學家派翠克．金（Patrick King）表示：「作者展現了真正的創新」。

Z機器的設定有其限制，這些微小的目標物過於簡化了小行星的真實面貌。真實小行星的複雜地質成分和截然不同的內部結構，可能會影響任何行星防禦技術的結果。史蒂克爾說：「我非常有興趣了解由多礦物材料組成的岩石或隕石會如何反應。」

核彈是否能夠足夠精確地偏轉小行星，仍然有所疑慮。在任何現實生活中的小行星緊急情況下，總會有人擔心核彈體可能會不小心破碎。但整體說來，這項研究為行星防禦帶來好消息。「我認為，無論是在實驗室或是在電腦模擬中，核彈都可以使小行星偏轉。」阿格魯薩說。

「這並不是說〔核彈〕就一定是答案。」金說。在任何情況下使用核彈，即使是為了保衛地球，仍然充滿危險。「選擇使用〔核彈〕是一個嚴肅且大膽的決定。」但最終，這項研究增加了愈來愈多的證據，證明核爆可以用來拯救世界，特別是在我們時間緊迫的情況下。

「還好，大型小行星不會經常撞擊地球，」摩爾說：「而且更好的是，我們現在已經有辦法為此種形式的自然災害做好準備。」

延伸閱讀：宇宙是如何開始的？早期的宇宙樣貌又是如何？ / 阿波羅任務月岩揭開月球稀薄大氣之謎！