人类首次!NASA探测器成功撞击小行星,偏转小行星轨道

作者: 王昱

来源: 环球科学

发布日期: 2022-09-27 09:22:55

NASA的DART任务成功撞击小行星Dimorphos,轻微改变了其轨道,这是人类首次尝试通过撞击改变小行星轨道,为未来可能的行星防御提供了技术验证。

今天早上7:14分,在距离地球1100万千米的太空中,一颗人造探测器以6.2千米/秒的速度撞向小行星,轻微改变了它的轨道。大约6500万年前,一颗小行星砸向地球,恐龙就此走上末路。而今天,如果又有另一颗代表着末日的小行星向地球飞奔而来,刚刚的撞击证明,人类或许有能力改变自己被毁灭的命运。

当今世界并不太平,瘟疫、冲突、经济衰退、气候剧变……每个因素都有重创人类文明潜质,有时甚至会让人感叹:“人类文明究竟还剩多少年?”来自地外的威胁在这令人不安的因素中,如果有人告诉你,人类还需要担心来自宇宙中小行星的威胁,那你多半会觉得他是杞人忧天。的确,小行星撞击地球导致世界末日,与其说是严肃的科学问题,倒不如说更像是电影里的情节。

但这种担忧并不是空穴来风。

1994年,一颗名为舒梅克·列维(Shoemaker-Levy)的彗星砸向木星,彗星在撞击前分裂成了21块,其中最大一块的撞击威力高达6×10^12吨TNT,相当于人类核武储备的600倍,在木星表面留下的伤痕比整个地球还要大。更可怕的是2013年,一颗直径20米的小行星在俄罗斯车里雅宾斯克州上空近30千米处爆炸,威力大约为45万吨TNT,相当于一颗W88核弹头,造成1600人受伤。

太阳系内,如果一个小天体的轨道有部分位于距太阳0.983~1.3倍天文单位(地球到太阳的距离)之间,那么它就会被分类为近地天体(near-earth object,NEO),这样的轨道让它有可能会接近地球。而如果近地天体的轨道与地球交叉,并且直径大于140米,那它就属于潜在威胁天体(potentially hazardous object,PHO)。

目前,人类已经发现了29000颗近地天体,其中2270颗属于潜在威胁天体。

大约6500万年前,恐龙因为一颗陨石彻底走上了不可避免的灭绝道路。今天的人类拥有比恐龙先进得多的技术,如果有一颗小行星径直向人类奔袭而来,人类是否有能力偏转小行星,避免末日的命运?有一个好消息,也有一个坏消息。好消息是,天文学家有不少办法,多到甚至能让人产生他们在炫技的感觉。

首先,我们可以用一颗卫星直接撞击小行星,改变它的轨道;还可以给小行星安装助推器,把它推走;也可以汇聚太阳光,蒸发小行星表面物质推动它;还能给小行星表面喷漆,改变其表面光照吸收率,用阳光的热效应改变它的轨道;甚至还能直接在小行星周围引爆一颗核弹,用最绚烂最暴力的方式解决问题……

坏消息是,从来没人验证过这些方法,没人能确保这些办法一定有效。

并且,以上这些办法还会带来别的问题,比如核武器的方法一定会引起复杂的国际安全争议,爆炸产生的小行星碎片仍然有可能对人类造成威胁。但就在今天早晨,美国航空航天局(NASA)的双小行星重定向测试(Double Asteroid Redirection Test,DART)证明,或许人类有能力改变小行星的轨道。如果有另一颗小行星向地球飞奔而来,人类或许有能力避免被毁灭的命运。

DART这一单词在英文里有飞镖的意思,而今天早上7:14,DART任务也正如飞镖一样,在1100万千米之外,以每秒6.2千米的速度迎面撞击孪小星(Dimorphos)。孪小星是孪大星系统(Didymos system)中较小的一颗,直径大约为160米左右,另一颗孪大星(Didymos)直径大约为780米。

两者中心点相距1.18千米,以11小时55分钟的周期相互绕转,如果一切都如研究人员预想的那样,撞击将会让它们相互绕转的周期缩短几分钟。后续几周内,地面观测将尝试证实这一点。

为了实现任务目标,DART必须找到孪小星并直接撞上去,而这并不容易。DART导航系统目的如上图。右下角为意大利制造的LICIACube微型卫星。

素材来源:NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben当地时间2021年11月23日,NASA用SpaceX公司的猎鹰9号火箭发射了DART任务,从那以后到昨天,地面控制人员都能以高精度的地面观测为DART为它导航。昨天的最后一次调整后,DART的瞄准精度也只有2千米,而孪小星直径也只有160米左右。

撞击前60分钟、4分钟、2分钟和3秒时DART观测到孪小星,图片内容为模拟。图片来源:DART Press Kit更要命的是,直到撞击前的1个小时,DART上搭载的设备才能观测到孪小星。为此,应用物理实验室(APL)专门为DART开发了一套智能导航机制SMART Nav。

SMART Nav可以预测孪小星的位置,并控制DART上搭载的离子推进器控制方向——DART搭载了12个推进器,其中离子推进器推力很小,可用于精细控制。APL的研究人员甚至专门写了一篇文章介绍这套导航系统。

刚刚,NASA也直播了DART撞击栾小星的全过程,证明了导航系统的工作效果。DART撞击NASA直播录像。

视频来源:NASA孪小星在DART的镜头中越来越大,直到画面突然消失——DART撞击了孪小星,整个探测器在一瞬间摔得粉碎,DART成功了。不过太空中的探测并没有就此结束,DART在15天前就释放了一颗微型卫星观察撞击结果。

这颗微型卫星名为LICIACube(Light Italian CubeSat for Imaging Asteroids的缩写),由意大利制造,它会在撞击后约3分钟飞过孪小星,让它有机会看到DART撞击产生的陨石坑。这颗卫星在DART撞击时也会观测撞击产生的羽流,寻找可能有价值的信息。但它信息传输速度较慢,可能还需要几个小时我们才能收到它拍下的画面。

而DART的撞击究竟对孪小星的轨道产生了多少改变,还需要接下来几周的天文观测证实。

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