本文最初发布于 Undark。
2022年秋日的一个晚上，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的科学家们正忙于一项行星防御任务的最后阶段。当团队负责人之一安迪·里夫金（Andy Rivkin）准备参加NASA的现场直播时，一位同事分享了一张小行星的照片：直径约半英里的小行星“迭摩佛斯”（Didymos）以及围绕它运行的一颗较小的卫星“迪莫弗斯”（Dimorphos），这张照片拍摄于距离地球约700万英里处。
“我们看到了‘迭摩佛斯’，以及一个我们期望‘迪莫弗斯’出现的小亮点，”里夫金回忆道。
采访结束后，里夫金加入了科学家和客人的行列，在大屏幕上观看任务的最后时刻：作为一项名为DART的小行星偏转任务的一部分，一艘航天器正接近“迪莫弗斯”，并以前所未有的细节拍摄其岩石表面。
随后，在晚上7点14分，一艘重约1300磅的航天器与小行星正面相撞。
几分钟后，任务团队在肯尼亚和南非的成员发回了来自望远镜的图像，显示出一团明亮的碎片云。
接下来的几天里，研究人员继续观测尘埃云，发现它已演变成各种形状，包括团块、螺旋状和两条彗星般的尾巴。他们还计算出，撞击使“迪莫弗斯”的轨道减慢了大约十分之一英寸/秒，这证明了航天器（也称为动量撞击器）可以瞄准并偏转远离地球的小行星。
约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家罗恩·巴鲁兹（Ron Ballouz）评论说，电影中常出现的是“一种孤注一掷的努力，我们称之为行星防御的最后阶段”。但他补充说，如果能在数年前发现危险天体，就可以使用动量撞击器等其他技术。
如果需要偏转，科学家们需要改变危险天体（如小行星或彗星）的速度，使其在绕太阳运行时不会与地球在同一时间到达同一地点。里夫金表示，这相当于至少改变7分钟的到达时间：例如，如果一颗类似“迪莫弗斯”大小的天体预计在67年后撞击地球，DART imparted的减速将足以累积到7分钟，他补充道。
在准备时间更短的情况下，研究人员可以根据危险天体的性质，组合使用多次偏转、更大的航天器或加速等技术。里夫金说：“DART旨在验证一项技术，而特定情况不可避免地需要调整。”
研究人员使用DART和其他小型实验的数据，通过计算机模拟来预测偏转量。
电影中常出现的是“一种孤注一掷的努力，我们称之为行星防御的最后阶段”。
科学家们也正专注于研究“迪莫弗斯”所代表的一类小行星：它们被称为“碎石堆”，因为这类天体被认为是由许多岩石聚集而成。
事实上，科学家认为，大多数像“迪莫弗斯”及更大尺寸的小行星都是碎石堆。随着科学家们对碎石堆了解得越来越多，他们将能更准确地预测偏转小行星或彗星的结果。2026年，一项新任务将抵达“迭摩佛斯”和“迪莫弗斯”系统，收集更多数据以完善计算机模型。
与此同时，研究人员正努力尽可能多地了解，以应对最坏的情况：一旦发现小行星或彗星对地球构成威胁，并需要更快的响应。
科学家们在约50年前首次怀疑许多小行星是碎石堆。他们的模型表明，当较大的小行星相互撞击时，撞击产生的碎片可能会重新聚集形成新的天体。
直到2005年，科学家们才看到了第一个碎石堆：小行星“糸川”（Itokawa），当时一艘航天器拜访了它并拍摄了照片。2018年，他们又发现了另一颗名为“龙宫”（Ryugu）的小行星，同年晚些时候，还有一颗名为“贝努”（Bennu）的小行星。DART的相机也表明，“迭摩佛斯”和“迪莫弗斯”很可能属于同一类。
“谈论碎石堆是一回事，但近距离看到一大堆岩石从卡车上倾倒下来的样子又是另一回事了，”科罗拉多州博尔德西南研究所的行星科学家威廉·博特克（William Bottke）说。
科学家们怀疑碎石堆的岩石之间存在大量空隙。他们认为这些堆积物通过非常微弱的力（主要是重力）结合在一起，这意味着它们比整块岩石构成的小行星更容易破碎。这一点在“迪莫弗斯”身上得到了体现，DART Excavated了估计超过一万吨的物质。碎片云反过来像火箭发动机一样，提供了相反方向的额外推力，从而减缓了小行星的速度。因此，尽管小行星的空隙可能吸收了部分DART的撞击能量，但碎片爆发增加了偏转量，估计是航天器自身推动作用的两到五倍。
然而，瑞士伯尔尼大学的行星科学家萨宾娜·拉杜坎（Sabina Raducan）警告说，如果未来需要对较小的碎石堆使用动量撞击器，需要谨慎。
拉杜坎和她的团队使用计算机模型将DART撞击的结果应用于各种碎石堆——这是首次进行此类研究。结果发表在《行星科学杂志》上，显示DART大小的航天器以约3.7英里/秒的速度撞击，可能会将直径小于80米的碎石堆分解成许多碎片。一些巨石反过来可能会撞击地球，可能造成人员伤亡和财产损失。
拉杜坎在后续电子邮件中写道，尽管DART取得了成功，但类似的情况并不总是适用于所有小行星。
她补充说，相反，可能需要调整航天器的大小或速度来实现成功的偏转。
“谈论碎石堆是一回事，但近距离看到一大堆岩石从卡车上倾倒下来的样子又是另一回事了。”
材料可能破碎的情况也可能与彗星有关。这些天体与小行星相似，但含有水或二氧化碳等冰。当彗星靠近太阳时，这些物质会变成气体，这些气体可以像火箭助推器一样推动彗星更快地前进。因此，如果研究人员试图让彗星脱离与地球的碰撞轨道，他们必须考虑到冰可能暴露或被掩埋的可能性，这会改变其速度，并可能需要进一步的偏转。
里夫金说，与小行星相比，彗星撞击地球相对罕见，但“肯定有很多额外的因素需要考虑”。
此外，一些被归类为小行星的天体也可能含有被掩埋的冰，这使得情况更加复杂。
“一切都会变得非常模糊，”博特克说。“我们已经看到小行星长出尾巴”，就像彗星一样。
科学家们 热切期盼着2026年底，届时一艘名为Hera的航天器将作为欧洲空间局牵头、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）合作的行星防御任务的一部分，抵达“迭摩佛斯”系统。在那里，它将部署两颗小型卫星，共同近距离研究这对小行星。特别是，研究人员期待最终能够测量“迪莫弗斯”的质量，这将有助于他们更精确地估计航天器和碎片爆发所 imparted的推力。Hera及其卫星还将进行测量，使科学家能够计算“迪莫弗斯”的密度和强度，这些数据可用于撞击模型。
Hera任务还将使科学家能够了解DART对“迪莫弗斯”做了什么。初步测量结果表明，这颗小行星非常脆弱，以至于撞击改变了它的形状，而不是留下陨石坑：“我真的很想看到结果，”拉杜坎说。“是陨石坑还是不是？”
像“贝努”这样的小行星撞击产生的爆炸或海啸可能造成区域性或大陆规模的伤亡和破坏。
新的形状反过来可能改变了“迪莫弗斯”围绕“迭摩佛斯”的轨道。Hera将使科学家能够进行核查，这将有助于他们更好地理解动量撞击对拥有一颗或多颗卫星的小行星的影响。目前，大约16%的近地小行星直径大于约650英尺，被估计为双星系统。地球据说在4.58亿年前曾遭受过双重撞击，留下了瑞典的洛克内（Lockne）和马林根（Målingen）陨石坑。
Hera及其卫星还将收集“迭摩佛斯”的物质特性测量数据，这将有助于科学家们增进对碎石堆和偏转的了解。里夫金说，DART飞掠而过时，他们只匆匆看了一眼“迭摩佛斯”。
与此同时，研究人员正在忙于分析NASA的OSIRIS-REx航天器于2023年秋季带回地球的小行星“贝努”表面的样本。结果将有助于研究人员更好地了解小行星的物质特性。大约1600英尺宽的“贝努”是已知最有可能构成威胁的天体（截至2024年5月14日），在2182年9月24日有0.037%的几率撞击地球。
巴鲁兹指出，像“贝努”这样的小行星撞击产生的爆炸或海啸可能造成区域性或大陆规模的伤亡和破坏。他补充说，如果“贝努”仍然构成威胁，并且认为需要进行偏转，那么由于其庞大的体积，将需要多次动量撞击。OSIRIS-REx在2021年前近距离观测“贝努”时获得的观测和测量数据，以及样本返回的结果，对于必要时规划对该小行星的动量撞击任务将是无价的。还可以组织额外的航天器任务，以重新研究该小行星或收集更多样本，以进一步完善撞击模型。
听到发现潜在威胁地球的报告总不是好消息，但提前知道可能性至少能让科学家们采取行动，不像某些自然灾害那样毫无预警。
“人们了解过去地球曾遭受撞击，并且未来也存在这种可能性非常重要，”巴鲁兹说。“还应该普遍认识到，有人在研究我们与太空互动这方面。”
