行星防御：军用与民用卫星如何监测火流星，守护地球免遭太空岩石撞击

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原作：Leonard David

翻译：向艺文

校译：牧夫天文校对组

编排：刘艳梅

后台：李子琦

https://www.space.com/stargazing/meteor-showers/planetary-defense-how-military-and-civil-satellites-are-watching-fireballs-to-help-keep-earth-safe-from-space-rocks

“行星防御不只是在天体抵达地球之前发现它，还要弄清它进入大气层时会发生什么。”

2026 年 8 月 13 日，英仙座流星雨中一颗明亮的火流星划过中国黑龙江省大庆市阿木塔风景区的湖畔草原上空。（图片来源：Chi Shiyong/VCG via Getty Images）

它来自外太空，在阿根廷近海的南大西洋上空发生了爆炸。

这次发生在 4 月 1 日的事件——一颗闯入大气层的流星体，也被称为“爆炸火流星”（bolide，指特别明亮、常在空中爆裂的火流星）——同时被美国的天基军用传感器和民用传感器观测到。

美国政府行事低调的保密卫星传感器探测到这颗高速火流星划破大气层。它在南大西洋上空约 60 英里（90.5 公里）的高度亮度达到峰值。

这一壮观景象也被美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的 GOES-East 卫星以及欧洲第三代气象卫星（MTG）的成像卫星 1 号（MTG-I1）捕捉到。这两颗相互独立、位于地球静止轨道上的卫星，都是通过星载闪电成像仪探测到这颗火流星的。

这场“天降奇观”只是近期多起类似事件之一。这些事件凸显了整合多种传感器数据的价值：它不仅能刻画火流星的动力学过程，还有助于认识人造太空碎片坠入大气层带来的影响，并提升行星防御方面的专业能力。

图2 第三代气象卫星（MTG）定点于地球赤道上空的固定位置，旨在快速、持续地传送数据，以提升天气预报水平。它搭载的闪电成像仪为欧洲气象卫星带来了全新的能力，其中就包括探测火流星。（图片来源：ESA/Mlabspace）

灾难性解体

再来看另一起来自地外的事件。

2025 年 4 月 24 日，阿拉斯加中南部上空出现了一颗火流星。对于自然天体形成的火流星在空中解体的过程而言，这次事件留下的“地震—声学”数据，是迄今记录最密集的数据集之一。

由 37 个地震台站、16 个独立次声传感器和 4 个次声台阵组成的观测网络，记录到了 30 次弹道激波信号和多次碎裂激波信号。此外，多普勒天气雷达探测到了正在坠落的陨石，独立的光学视频观测也提供了补充数据。

不妨再补充一个例子。

2023 年 5 月 20 日，一块直径约 12 英尺（3.7 米）的太空岩石在澳大利亚昆士兰州西北部上空闯入地球大气层，并伴随着一连串震耳的音爆。美国政府的天基传感器捕捉到了这次坠落。

研究人员后来确定，该天体发生了灾难性解体。这是 NASA 近地天体研究中心（CNEOS）自 1988 年以来记录到的能量最高的 20 起事件之一，也是在澳大利亚上空观测到的能量最高的一次，释放的能量相当于一枚 7.1 千吨当量的炸弹爆炸。

图 3 2025 年 4 月 24 日阿拉斯加中南部上空的火流星事件。这张探测分布图展示了覆盖阿拉斯加中南部和内陆地区的区域地震—声学监测网络。图中只显示火流星发生期间有可用数据的台站，绿色台站表示探测到该事件的传感器。（图片来源：Scamfer, L. T.等）

位置、时间与估算能量

“对许多火流星来说，美国政府通过 NASA 的 CNEOS 数据库发布的探测结果是一个重要的起点：它能确认事件确实发生过，而且在很多情况下还能给出位置、时间和估算能量等基本参数。”美国能源部下属、位于新墨西哥州的桑迪亚国家实验室高级研发物理学家伊丽莎白·西尔伯（Elizabeth Silber）解释说。

“在此基础上，民用和科学观测系统可以补充独立的测量数据，帮助完善和验证最初的特征描述。”西尔伯说。

CNEOS 设在南加州的喷气推进实验室（JPL），是 NASA 负责计算小行星和彗星轨道及其撞击地球概率的机构。它为这类天体计算高精度轨道，为 NASA 行星防御协调办公室提供支持。

各不相同、互为补充的信息

“阿拉斯加事件是一个特别有参考价值的例子，因为 CNEOS 数据库里并没有美国政府传感器对它的报告。这次事件几乎完全是依靠民用和科学观测重建出来的。”西尔伯对 Space.com 表示。

她说，地震和次声数据约束了火流星的轨迹和声学能量，视频提供了独立的光学信息，气象雷达则探测到了从火流星上坠向地面的物质。

“所以，这些系统真正的优势在于，它们提供的信息各不相同、互为补充。”西尔伯说，“有美国政府的探测数据时，民用数据可以对其进行独立验证，并补充大量细节；没有的时候，比如这次阿拉斯加事件，民用观测网络仍能完成一次完整得出人意料的重建。”

图 4 2023 年 5 月 20 日的昆士兰超级火流星被地面光学观测设备拍下。这些画面选自澳大利亚帕迪斯格林（Paddys Green）观测站，展示了事件的演变过程。画面(a)为火流星刚进入大气层时；画面(b)和(c)显示亮度急剧上升，导致传感器严重饱和；画面(d)为轨迹的最后阶段。（图片来源：Elizabeth Silber 等）

独立的视角

西尔伯说，阿拉斯加的这项研究表明，在事件发生后把多种类型的观测数据整合起来非常有价值，因为每一种测量手段反映的都是事件的不同侧面。

“地震和次声传感器记录的是大气中的冲击波，可以约束天体的轨迹、碎裂过程和能量。”她补充道，“光学观测为天体发光飞行的阶段提供了独立的视角。多普勒天气雷达则能探测到天体减速、进入‘暗飞行’阶段（即不再发光、自由下落）后幸存下来的物质。”

一句话：没有哪一种传感器能告诉你全部信息。

“结合多种独立观测，我们就能从仅仅知道发生了一次事件，进一步确定该天体如何穿过大气层、在哪里碎裂、释放了多少能量，以及是否可能有物质幸存并落到地面。”西尔伯说。

图 5 NOAA 的 GOES-East 卫星在轨运行艺术想象图。该卫星承担多项任务，其中之一是实时绘制闪电活动分布图。（图片来源：NOAA）

“硬雨”将至

NASA 行星防御专家罗布·兰迪斯（Rob Landis）表示，研究人员在 2026 年 4 月 1 日南大西洋上空的这次事件中相当幸运：两颗民用卫星分别位于地球同步轨道上的不同位置，使他们得以对这颗火流星开展一项颇为独特的研究。

“有了两个民用观测资源，我们其实可以更公开地讨论这些事情。”兰迪斯对 Space.com 表示。他目前在 NASA 约翰逊航天中心担任国际空间站来访飞行器集成经理。

他说，这些闪电监测仪器原本并非为探测火流星而设计，但它们“让科学界能够以坦率、公开的方式讨论这些事件和这些传感器。对于研究‘硬雨’（即从天而降的岩石）的人来说，这些闪电成像仪带来了意外的额外科学收获。”

兰迪斯说，以他个人之见，有大量较小的天体正穿过大气层落向地球。

“在普通观察者看来，这些火流星无疑是美妙的天然焰火，而且大多无害。”兰迪斯说。但他强调，能够区分自然事件和人为事件非常重要。

“如果有哪个国家把自然事件误判为先发制人的打击并作出回应，那将是一场可怕的悲剧。”兰迪斯警告说。

图 6 桑迪亚国家实验室实习生洛根·斯卡姆弗（Logan Scamfer）正在查看阿拉斯加一台地面传感器记录的数据。斯卡姆弗与桑迪亚物理学家伊丽莎白·西尔伯共事，西尔伯的研究重点是利用次声（一种频率低到人耳无法听见的声音）和地震数据，研究流星以及其他在大气中高速运动的物体。（图片来源：Logan Scamfer）

真实世界的检验

因此，从大局来看，拥有多种相互协作、彼此独立的手段来观测天体进入大气层的过程，对行星防御研究者大有裨益。

“行星防御不只是在天体抵达地球之前发现它，”西尔伯说，“还要了解它进入大气层时会发生什么——也就是天体如何碎裂、能量在哪里释放、我们能以多高的精度重建它的轨迹，以及是否有物质能幸存并落到地面。”

西尔伯表示，每一次实际发生的进入事件，都是对解答这些问题所用方法和模型的“真实世界检验”。

谈到最近的阿拉斯加火流星事件，西尔伯说，它之所以格外有价值，是因为事先完全没有预测到，而密集的地面观测网络却让研究人员能够相当详细地重建它的轨迹和能量特征。

“从行星防御的角度看，这种冗余非常有用。天基观测、地震和次声监测网络、光学相机以及天气雷达各自提供不同的信息，也各有局限。”西尔伯说。

当多种观测手段都可用时，研究人员就能让它们相互校验，从而对一次事件作出全面得多的刻画。

“这能提升事后的态势感知能力，帮助验证物理模型，并增强我们解读未来大气进入事件的能力——无论进入大气层的是自然天体，还是再入的人造物体。”西尔伯总结道。

责任编辑：张雨荷

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火星上一朵狭长的云

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