DART 留下了小行星犯罪现场。本次任务旨在调查该犯罪现场。

DART 留下了小行星犯罪现场。本次任务旨在调查该犯罪现场。

如果飞镖击中靶心,会发生什么情况?在业余选手的比赛中,每个人都会获胜。但专业选手会分析这次射击,为再次射击做准备。

这次发射的飞镖就是 NASA 的双小行星重定向测试 (DART),该航天器去年 11 月撞上了小行星 Dimorphos,希望改变其轨道。3 月 2 日, 《自然》杂志上的五篇论文证实了 DART 控制人员已经猜到的事情:这次任务的撞击取得了巨大成功。

但 DART 不会是最后一次人类探访 Dimorphos 或它所环绕的较大小行星 Didymos 的飞行任务。欧洲航天局的 Hera 号将很快追随 DART 的踪迹,评估其后果——其详细程度远超科学家们迄今为止使用地球仪器和 DART 任务自身传感器所取得的成果。

Hera 计划于 2024 年 10 月从卡纳维拉尔角起飞,搭载 SpaceX Falcon 9 火箭升空。根据任务的当前行程,它将于 2026 年底抵达 Dimorphos 和 Didymos,进行约六个月的观光。然后,如果条件允许,Hera(一个汽车大小的探测器,配备大型无线电天线和一对太阳能电池板)将尝试在 Didymos 上完全着陆。

Hera 还将搭载两名乘客:一对名为 Milani 和 Juventas 的立方体卫星。Milani 将研究小行星的外部;Juventas 将探测小行星的内部。借助三艘航天器,科学家可以从三个不同的角度看到 Dimorphos 上的撞击地点。该任务的主要目的是跟踪 DART 的阴影,了解人类第一次小行星撞击目标究竟造成了什么损害。

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通过 DART 现已被摧毁的摄像头、其同伴 LICIACube 以及从地球地面和轨道上观测的望远镜,我们已经对行星防御测试有了相当多的了解。我们可以看到 Dimorphos 的轨道,无论是在 DART 撞击之前还是之后;我们知道 DART 改变了它的轨道,将 Dimorphos 切得更靠近 Didymos,并缩短了它的轨道周期;我们可以精确地定位到 DART 撞击的小行星表面的位置,精确到自动售货机大小的一块区域。

但还有很多我们不知道的事情——其中最关键的是,Dimorphos 在被入侵之前和之后的质量。科学家无法从地球上计算出测量值,但 Hera 的仪器将具备这种能力。如果不知道质量,我们就无法知道为什么 DART 的撞击会将 Dimorphos 推入新的轨道。

“我们想要准确确定有多少动量被转移到了双星上,”法国蔚蓝海岸天文台的天文学家、赫拉任务首席研究员帕特里克·米歇尔 (Patrick Michel) 说。

赫拉号还可能告诉我们 DART 撞击留下了哪些外观痕迹。撞击体可能只是留下了一个陨石坑,或者剧烈震动了小行星,重新排列了其外部的一大块。“我们很多人都想知道我们能识别出多少表面,”约翰霍普金斯应用物理实验室的天文学家 Andy Cheng 说道,他曾参与 DART 的研发工作。

问题是,在人类向小行星派遣观察员之前,我们不知道小行星表面会给我们带来什么,米歇尔说。小行星外部的状况现在取决于 DART 撞击 Dimorphos 时其内部的状况。如果航天器彻底改变了小行星的形状,这表明目标内部的结合力很弱。而现在,“我们真的不知道内部发生了什么,”约翰霍普金斯大学高级物理实验室天文学家、DART 团队成员特里克·戴利说。Hera 将与配备雷达的 Juventas 一起尝试扫描岩石表面下方。

Hera 将配备自动制导、导航和控制系统,使其能够安全地在双小行星系统中航行,其功能类似于自动驾驶汽车。其办公桌大小的机身将携带各种仪器,包括一台光学小行星取景相机,辅以热成像仪和光谱成像仪,以及一台用于表面测绘的激光高度计。ESA-科学办公室

当然,赫拉号无法观测到所有情况。许多天文学家专注于 Dimorphos 的喷出物(DART 撞击小行星时从小行星上抛出的物质),以了解撞击究竟是如何推动小行星的。到赫拉号抵达时,也就是撞击发生至少四年后,大部分喷出物早已消散。

尽管如此,更多地了解小行星的内部结构可以帮助天文学家了解喷出物的来源——以及如果我们再次与太空岩石相遇会发生什么。“例如,在未来,如果我们必须使用这种技术来转移某颗小行星,那么我们可以做出更精确的预测[撞击它],”宾夕法尼亚州立大学参与 DART 的天文学家李建阳说。

还有其他原因导致 2026 年 Dimorphos 的外观可能与现在不同。就像月球拉动和推动地球海洋周围的潮汐一样,Didymos 的引力可能会影响其较小的同伴。科学家认为,这些力量可能会导致 Dimorphos 在其轨道上摇晃。但同样,在 Hera 真正靠近之前,他们无法观察到任何这些情况。

随着任务的进展,他们至少可以设定一个基线。米歇尔说,地球上的天文学家可以在他们的计算机上模拟双星未来可能的许多轨道。“我们晚四年到达这里其实不是什么问题,”米歇尔说。“我们有工具来了解是否有什么东西进化了。”

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DART 撞击和 Hera 观测的数据无疑将帮助天文学家了解小行星碰撞前后的状态。但它们也将帮助我们防止来自太空的死亡幽灵。人类长期以来一直担心太空毁灭,就像恐龙一样,而有了 DART,行星防御(遏制这种恐惧的科学)迈出了进入现实世界战略的第一步。

很难说我们什么时候需要偏转太空岩石的能力;天文学家的预测表明,下个世纪不会有任何大于一公里的物体经过地球。但根据米歇尔的说法,航天机构尚未确定 60% 的飞过物体 至少有 40 米长——足以摧毁一个地区或一个小国。

米歇尔表示:“我们知道,最终这种撞击地球还会再次发生,我们无法随机应变。”

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