小行星撞擊地球的機率有多大?天文學家如何計算?

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伯明翰阿拉巴馬大學物理系助理教授佩裡·A·格拉金斯解釋說。

我們有大量證據表明,地球在歷史上已經多次遭受小行星撞擊——最著名(或臭名昭著)的例子可能是造成墨西哥灣希克蘇魯伯隕石坑的小行星或彗星,它可能導致了 6500 萬年前白堊紀末期恐龍的滅絕。一個較近但破壞性較小的例子,被稱為通古斯事件,發生在 1908 年,當時一顆流星或彗星在西伯利亞荒野上空爆炸,破壞了農田,夷平了周圍數英里的樹木。由於地球大部分被海洋覆蓋,可能還有許多小的撞擊事件沒有被注意到。

有成千上萬個我們稱之為小行星或流星體的小天體在太陽周圍的軌道上執行。其中許多天體被稱為近地小行星(NEA),因為它們的軌道會反覆將它們帶到靠近或與地球軌道相交的位置。


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儘管任何特定小行星撞擊地球的機率都非常低,但我們的星球有一天仍有可能被另一顆小行星撞擊。按照目前的撞擊率,我們預計大約每 1 億年左右會有一顆大型小行星撞擊地球。因此,世界各地已經開展了若干專案,例如麻省理工學院的林肯近地小行星研究(LINEAR)專案,以發現和監測可能對地球構成威脅的小行星。

當一顆新的小行星被發現時,天文學家會對其進行分析,以確定其繞太陽執行的軌道是否會使其靠近地球。他們在小行星被發現後的幾天內連續拍攝影像,以便預測其近期可能的軌道路徑。然後將預測的軌道與地球的軌道和位置進行比較,以檢查它們可能彼此靠近的任何時間。


儘管科學家可以根據這些早期觀測計算出最有可能的軌道,但每次對小行星位置的單次觀測都包含一些不確定性。大多數小行星都是小物體,直徑只有幾米到幾十米,即使是大型望遠鏡的解析度也無法精確確定它們的位置。小行星位置的不確定性導致我們在多大程度上可以確定其速度和行進方向方面存在不確定性。因此,可以在這些不確定性視窗內預測出小行星的大量可能軌道。

仔細的計算機模擬被用來計算小行星未來的軌道路徑,其中初始位置和速度是隨機選擇的,並且落在迄今為止望遠鏡觀測的誤差範圍內。對於每顆小行星,都會生成大量此類模擬。任何特定軌道實際撞擊地球的機率由導致撞擊的外推路徑的比例給出。例如,如果計算出一百萬個不同的可能軌道,其中一個軌道導致撞擊,那麼我們說小行星撞擊我們世界的機率是百萬分之一。

小行星軌道的不確定性在剛被發現後的幾個小時內最大,因此計算出的撞擊機率也往往在此時最高。隨著我們在隨後的幾周或幾個月內監測小行星,它的軌道變得越來越確定,我們對它未來特定日期的位置也越來越瞭解。然後,我們可以排除許多可能的路徑。在大多數情況下,監測小行星幾周後,撞擊機率很快就會接近於零。

答案最初發表於 2004 年 10 月 18 日。

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