NASA去年11月啟動(dòng)了“雙小行星重定向測試”（DART）任務(wù)，其目標(biāo)是一個(gè)名為Didymos的雙小行星系統(tǒng)。該系統(tǒng)由較大的Didymos小行星組成，直徑為780米，該系統(tǒng)中較小的是一顆名為Dimorphos的衛(wèi)星，直徑為160米，將成為小行星撞擊航天器的目標(biāo)。

(資料圖片)

Dimorphos遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于導(dǎo)致恐龍滅絕的那種小行星，后者被認(rèn)為直徑約有10至15公里。但是，它仍然是那種如果撞擊地球就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)大的隕石坑并導(dǎo)致大規(guī)模傷亡的小行星。重要的是，Didymos不可能發(fā)生這種情況，因?yàn)樗谝粋€(gè)完全不同的路徑上，但它目前離我們的星球很近，確實(shí)使它成為DART任務(wù)的完美測試平臺，正如來自約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的任務(wù)科學(xué)家Terik Daly向New Atlas解釋的那樣。

“首先，Didymos是一個(gè)雙小行星系統(tǒng)，”Daly說。“DART將撞上較小的小行星Dimorphos，并改變較小小行星圍繞較大小行星的軌道。這使得DART成為這項(xiàng)技術(shù)的安全測試，因?yàn)槲覀儧]有改變較大小行星圍繞太陽的軌道。其次，Didymos系統(tǒng)在今年（北半球）秋季將足夠接近地球--但不會(huì)撞擊地球--因此地面上的望遠(yuǎn)鏡將能夠測量DART撞擊對Dimorphos軌道的影響。在未來的幾十年里，沒有已知的雙小行星能提供類似的機(jī)會(huì)?！?/p>

鎖定目標(biāo)

任務(wù)科學(xué)家已經(jīng)戰(zhàn)略性地規(guī)劃了DART航天器為期10個(gè)月的旅程，以便在距離地球相對較近的時(shí)候撞上Dimorphos，即大約1100萬公里。目前，Dimorphos圍繞Didymos的軌道周期為11小時(shí)55分鐘。通過將小衛(wèi)星撞離軌道，DART有望將這一軌道縮短數(shù)分鐘。

當(dāng)DART以超過22500公里/小時(shí)的速度接近其目標(biāo)時(shí)，該團(tuán)隊(duì)將不得不讓探測器在其最后時(shí)刻自行處理。航天器將由用于光學(xué)導(dǎo)航的Didymos偵察和小行星照相機(jī)（DRACO）儀器引導(dǎo)，該儀器將在接近小行星時(shí)捕捉圖像，并使DART能夠自主地朝其目標(biāo)導(dǎo)航，在一個(gè)自我引導(dǎo)的螺旋中完全湮滅。

衡量成功

大約兩星期前，DART航天器部署了一個(gè)較小的輔助航天器，稱為“ Light Italian CubeSat”。它將隨時(shí)待命，充當(dāng)碰撞事件的“攝影師”，捕捉彈射云和迪Dimorphos 表面上任何潛在隕石坑的圖像。此外，駐扎在地球各地的強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡將對準(zhǔn)這個(gè)雙小行星系統(tǒng)，準(zhǔn)備檢測軌道路徑的變化。

DRACO的副儀器科學(xué)家Daly表示：“Dimorphos在撞擊后將沿著一條新的路徑圍繞Didymos運(yùn)行，而不是撞擊前的路徑。地面上的望遠(yuǎn)鏡將通過測量Dimorphos的軌道周期的變化來測量這條新的路線。”

進(jìn)入未知世界

在設(shè)計(jì)一個(gè)以將小行星撞離軌道的想法為中心的行星防御系統(tǒng)時(shí)，有許多問題需要考慮。在臺球游戲中，母球撞擊彩球的速度和角度將決定其路徑和擊球的成功。在某些方面，DART任務(wù)也遵循類似的原則。但是你必須確保母球足夠大，以產(chǎn)生預(yù)期的影響，正如設(shè)計(jì)指導(dǎo)系統(tǒng)的Mark Jensenius所解釋的那樣，該系統(tǒng)將引導(dǎo)DART度過它的最后時(shí)刻。

“改變Dimorphos路徑的關(guān)鍵是將線性動(dòng)量從航天器轉(zhuǎn)移到小行星上，”他告訴New Atlas?！稗D(zhuǎn)移的線性動(dòng)量是航天器質(zhì)量與航天器撞擊時(shí)相對于Dimorphos的速度的乘積。通過仔細(xì)的迭代和優(yōu)化，研究小組得出了一個(gè)名義上的航天器質(zhì)量和軌跡，既可行又能產(chǎn)生所需的線性動(dòng)量。一旦確定了撞擊的幾何形狀，航天器的其他設(shè)計(jì)也就隨之而來?！?/p>

雖然這可能看起來只是兩個(gè)天體之間的動(dòng)能撞擊使其中一個(gè)進(jìn)入了新的軌道，但還有其他因素在起作用，而且有些因素并不那么好理解?？茖W(xué)家們在撞擊發(fā)生后才知道會(huì)有多少塵埃和碎片產(chǎn)生，因此他們在Dimorphos的新路徑成形后才知道這將產(chǎn)生什么影響。據(jù)DART任務(wù)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人、約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的航空航天工程師Justin Atchison說，就這項(xiàng)技術(shù)如何幫助我們保衛(wèi)我們的星球免受未來小行星的影響而言，這可能是DART任務(wù)最寶貴的經(jīng)驗(yàn)之一。

“我們特別關(guān)心傳遞的動(dòng)量，而不是動(dòng)能，”Atchison告訴New Atlas?！耙簿褪钦f，DART的線性動(dòng)量有多少將被轉(zhuǎn)移到Dimorphos的軌道上。數(shù)學(xué)是很好理解的，但是方程中有一個(gè)重要的未知參數(shù)，叫做Beta，我們正試圖用撞擊后的觀測來測量它。Beta值是衡量撞擊噴出物對傳給 Didymos的總動(dòng)量變化的影響程度。這很重要，因?yàn)樗馕吨鳧imorphos軌道的有效變化被放大了。這是一個(gè)需要了解的重要參數(shù)，因?yàn)樗P(guān)系到你可能期望一個(gè)可操作的（假設(shè)的）動(dòng)能撞擊器的性能如何。許多復(fù)雜的模型被用來預(yù)測Beta，其結(jié)果有很大的差異。除其他事項(xiàng)外，DART將有助于校準(zhǔn)這些模型。"

DART航天器計(jì)劃在美國東部時(shí)間9月26日晚上7點(diǎn)14分與 Dimorphous 相撞，由DRACO收集的圖像將實(shí)時(shí)傳回地球。除了從望遠(yuǎn)鏡和“ Light Italian CubeSat”衛(wèi)星進(jìn)行撞擊后的觀測外，歐洲航天局的Hera任務(wù)將在2024年向該雙小行星系統(tǒng)發(fā)射一個(gè)探測器，從近距離研究其后效應(yīng)。這可能會(huì)看到DART任務(wù)轉(zhuǎn)化為一種行星防御技術(shù)，以應(yīng)對未來那些離地球太近的小行星。