- 文／陳子翔（現就讀師大地球科學系， EASY 天文地科團隊創辦者）
知名物理學家史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）認為，小行星撞擊是宇宙中高等智慧生命最大的威脅之一。而回首地球的過去，六千五百萬年前的白堊紀末期，造成恐龍消失的生物大滅絕，也肇因於一顆直徑約十公里的小行星撞擊。那麼，我們應該擔心小行星帶來如同災難片場景的巨大浩劫嗎，人類又能為這件事做什麼準備呢？
我們該擔心哪些小行星，小行星撞擊能被預測嗎？
太陽系中的小行星不可勝數，但並非所有小行星都對於地球有潛在的危害。那麼，哪些小行星是應該注意的呢？
我們可以簡單從兩個條件，篩選出對地球有潛在威脅的小行星：第一是小行星的軌道，第二則是小行星的大小。如果一個天體的運行軌道與地球的運行軌道沒有交會，那也就不需要擔心它會部會撞到地球了。而直徑越大的小行星，撞擊地球產生的災害就會越大，例如一顆直徑 10 公尺的小行星墜落能造成小範圍的建築物受損，而直徑 50 公尺的小行星撞擊，其威力則足以摧毀整座大型城市。
過去天文學家透過遍布世界的天文台，不斷在夜空中尋找近地小天體，並持續監測它們的動向。而透過觀測資料推算其軌道，就可以算出這些危險的小鄰居未來與地球發生「車禍」的機率有多大，而這篇文章的主角「貝努」，就是一顆被認為有較大機會撞擊地球，因此被重點關注的對象。
貝努撞地球會是未來的災難嗎？
貝努在 1999 年被發現，是一顆直徑約 500 公尺的小行星，它以橢圓軌道繞行太陽，公轉週期大約 437 天。由於貝努的軌道與地球相當接近，它每隔幾年就會接近地球一次，而本世紀貝努最接近我們的時刻將會發生在西元 2060 年，不過別擔心，該年貝努與地球最接近時，距離預計也還有七十萬公里，大約是地球至月球距離的兩倍，撞擊風險微乎其微。
然而天文學家真正關注，撞擊風險較大的接近事件則會發生在下一個世紀。根據目前的軌道計算，貝努在西元 2135 年和 2182 年的兩次接近，會有較大的撞擊風險。說到這裡可能許多讀者會覺得，既然我們都活不到那個時候，何必去操心那些根本遇不到的事情呢？
那麼，讓我們想像一個情境：
如果今天天文學家突然發現了一顆與貝努一樣大的小行星，並算出它將在一年後撞上地球，那身為這個星球上「最有智慧的物種」，我們能怎麼應對呢？
很遺憾的：我們很可能對於撞擊束手無策。當前人類並沒有任何成熟的技術，能夠在這麼短的時間內改變小行星的軌道。這時候人們可能就會希望前人早點望向星空，調查小行星，好讓人們能夠有多一百年的時間準備應對的方法了！
小行星軌道計算不就是簡單的牛頓力學，為什麼算不準？
那麼貝努在未來 100〜200 年到底會不會撞擊地球呢？其實天文學家也說不太準，只能給出大概的機率而已，而且時間越久，預測的不確定性就越大。
你也許會想，天體的運行軌道不就只是簡單的牛頓力學，三百年前的人就已經掌握得很好了，在電腦科技發達的現代怎們會算不準呢？確實，如果要算地球與火星在 100 年後的相對位置，那電腦還能輕鬆算出相當精確的答案，但如果是計算小行星 100 年後的位置，事情就變得棘手多了……
由於小行星的質量很小，就算是相對微小的引力干擾還是足以改變其運行方向，而混沌理論（Chaos theory）告訴我們，任何微小的初始條件差異，都能造成結果極大的不同。因此要對小行星軌道做長期預測，就不能只考慮太陽的引力，而是必須把行星等其他天體的引力也納入計算，才能獲得比較準確的結果。尤其是當這些小行星與地球擦肩而過時，即使只有幾百公尺的位置偏差，受到的引力也會有相當的不同，使得小行星的未來軌跡出現巨大的差異。
而更令天文學家們頭痛的是，有些問題甚至不是萬有引力能夠解決的，其中一個因子就是「亞爾科夫斯基效應」（Yarkovsky Effect）。這個效應是這樣的：當陽光照在自轉中的小行星上，陽光會加熱小行星的受光面，而被加熱的這一面轉向背光面時，釋放的熱能會像是小小的火箭引擎一樣推動小行星。這個作用的推力非常小，但長期下來還是足以對質量很小的天體造成軌跡變化，也讓軌道預測多了很大的不確定性。
亞爾科夫斯基效應的動畫。影片／NASA OSIRIS-REx 任務揭露貝努的神秘面紗，也讓軌道推估更精確
為了更深入了解貝努，NASA 在 2016 年發射 OSIRIS-REx 探測器探查這顆小行星。OSIRIS-REx 主要的任務包括從貝努表面採取樣本並送回地球分析、對整顆小行星做完整的調查，以及評估各種影響貝努運行軌道的因子，改善貝努軌道的預測模型，評估將來的撞擊風險。
在軌道分析方面，OSIRIS-REx 一方面能在環繞貝努的過程中緊盯貝努的「一舉一動」，讓天文學家透過精確的觀測結果反推貝努的軌道特性。另一方面，要評估亞爾科夫斯基效應對小行星軌道的影響，也需要考量小行星的地形地貌、反照率等等因素，因此 OSIRIS-REx 的各項觀測資料，也有助於建立更精確的軌道預測模型。
目前 OSIRIS-REx 的任務還沒有結束，但是在取得更準確的軌道預測模型與撞擊風險評估上，已經有了初步的成果。根據這次任務提供的觀測資料，天文學家將預測貝努未來軌道的時間極限，從原本的西元 2200 年延長至 2300 年。而西元2300年之前，貝努撞上地球的機率大約是 0.057% (1/1750)，最危險的一次接近則會發生在西元 2182 年。
「知己知彼，百戰不殆」。面對像貝努這樣的危險鄰居，唯有盡可能認識它的一切，才越能夠掌握其未來的動向，進而在將來思考要如何面對小行星的撞擊的風險。另外，目前 OSIRIS-REx 也正在返航地球的旅途上，期待 2023 年 OSIRIS-REx 能順利的帶著貝努的樣本回到地球，帶給我們更多有關小行星的重要資訊！
參考資料
