DART 离开了小行星犯罪现场。此次任务将在后续进行调查。

“赫拉”号将重现历史上首次小行星防御测试,并从各个角度拼凑碰撞的细节。
Hera asteroid space probe radio antenna in ESA lab
这就是将传回自与 NASA 的 DART 航天器相撞后轨道发生偏移的遥远迪莫弗斯小行星以来的首批近距离图像的天线。去年12月,欧空局“赫拉”任务的高增益天线在荷兰的紧凑型天线测试场进行了一周的测试。ESA-SJM Photography

飞镖命中靶心会发生什么?在业余爱好者之间的比赛中,它会让每个人都回家。但职业选手会想分析这一投,为下一次出手做准备。 

在这种情况下,那支飞镖是NASA 的双小行星重定向测试 (DART),该航天器于去年11月撞击了小行星迪莫弗斯,希望能改变其轨道。3月2日,《自然》杂志上的一组五篇论文证实了 DART 控制人员的猜测:该任务的撞击取得了巨大的成功。

但 DART 不会是人类最后一个访问迪莫弗斯或其轨道上较大的卫星迪迪莫斯(Didymos)的任务。欧洲空间局的“赫拉”号(European Space Agency’s Hera)将紧随 DART 的步伐,更详细地评估撞击的后果——比科学家们目前通过结合地球观测和 DART 任务自身传感器所能做到的要详细得多。

“赫拉”号目前定于2024年10月发射,将搭乘 SpaceX 猎鹰9号火箭从卡纳维拉尔角升空。根据目前的任务计划,它将于2026年底抵达迪莫弗斯和迪迪莫斯,进行为期约六个月的观测。然后,如果条件允许,“赫拉”号——一个配备大型无线电天线和一对太阳能电池板的汽车大小的探测器——将尝试在迪迪莫斯上实现完全着陆。

“赫拉”号还将携带两名乘客:两颗名为米兰妮(Milani)和尤文塔斯(Juventas)的立方星。米兰妮将研究小行星的外部;尤文塔斯将探测小行星的内部。通过三艘航天器,科学家可以从三个不同角度观察迪莫弗斯上的撞击地点。该任务的主要目的是追踪 DART 的行动,并了解人类首次小行星撞击实际上对其目标造成了多大的破坏。

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通过 DART 已损毁的相机、其伴随的 LICIACube,以及从地球地面和轨道上观测的望远镜,我们已经对这次行星防御测试有了相当多的了解。我们可以看到 DART 撞击前后迪莫弗斯轨道的变化;我们知道 DART 改变了它的轨道,使其更靠近迪迪莫斯,并缩短了其轨道周期;我们还可以精确定位 DART 撞击小行星表面的位置,精确到一个售货机大小的区域。

但仍有许多未知之处——最关键的是,在受到撞击之前和之后迪莫弗斯质量的变化。科学家无法从地球上计算出这个数值,但“赫拉”号的仪器将具备这个能力。如果不了解质量,我们就无法确切知道 DART 的撞击为何能将迪莫弗斯推入新的轨道。

“我们想准确地确定传递给迪莫弗斯多少动量,”法国蔚蓝海岸天文台天文学家、“赫拉”号任务首席研究员帕特里克·米歇尔 (Patrick Michel) 说。

“赫拉”号也可能告诉我们 DART 撞击留下了哪些“美容伤疤”。撞击者可能只是留下了一个陨石坑,或者剧烈地晃动了小行星,重新排列了其外部的大部分物质。“我们中的许多人想知道我们还能认出表面的多少部分,”参与 DART 项目的约翰霍普金斯应用物理实验室天文学家安迪·程 (Andy Cheng) 说。

米歇尔说,问题在于,在人类派观察者前往小行星之前,我们不知道其表面会呈现何种景象。小行星的外部现在看起来如何,取决于 DART 撞击时迪莫弗斯内部的状况。如果航天器极大地改变了小行星的形状,这表明目标内部的结构结合得比较松散。而现在,“我们真的不知道里面到底发生了什么,”约翰霍普金斯应用物理实验室天文学家、DART 团队成员特里克·戴利 (Terik Daly) 说。“赫拉”号以及携带雷达的尤文塔斯号将尝试扫描岩石表面以下。

Hera space probe flying by Dimorphos asteroid in animation
“赫拉”号将配备自动化的制导、导航和控制系统,使其能够安全地导航双小行星系统,其功能类似于自动驾驶汽车。其桌子大小的机身将携带包括一个光学小行星成像相机在内的仪器,并辅以热和光谱成像仪,以及用于表面测绘的激光高度计。ESA-Science Office

当然,“赫拉”号无法观测到所有一切。许多天文学家一直关注迪莫弗斯撞击产生的抛射物——即 DART 撞击后从小行星上扬起的物质——以了解撞击究竟是如何推动小行星的。到“赫拉”号抵达时,也就是撞击四年后,大部分抛射物早已消散。

尽管如此,了解小行星内部的更多信息可以帮助天文学家理解这些抛射物来自何处——以及如果我们再次遭遇太空岩石会发生什么。“例如,在未来,如果我们必须使用这种技术来偏转某些小行星,那么我们可以做出更精确的预测(撞击它),”参与 DART 项目的宾夕法尼亚州立大学天文学家李建阳(Jian-Yang Li)说。

迪莫弗斯在2026年可能看起来不一样还有其他原因。就像月球拉动和推动地球海洋潮汐一样,迪迪莫斯(Didymos)的引力也可能对其较小的伴星产生影响。科学家认为,这些力量可能会导致迪莫弗斯在其轨道上摇摆。但同样,直到“赫拉”号近距离观测之前,他们无法观察到任何这些现象。

随着任务的进展,他们至少可以建立一个基准。米歇尔说,地球上的天文学家可以在计算机上模拟迪莫弗斯未来可能出现的许多轨道。“我们晚到四年并不是真正的问题,”米歇尔说。“我们拥有理解任何演变所需的工具。”

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DART 撞击的数据和“赫拉”号的观测肯定会帮助天文学家了解小行星在撞击前后的状态。但它们也将帮助我们防止来自太空的死亡幽灵。人类长期以来一直像恐龙一样害怕来自太空的毁灭,而 DART 使行星防御——遏制这种恐惧的科学——迈出了实战策略的第一步。

很难说我们何时需要偏转太空岩石的能力;天文学家的预测显示,在未来一个世纪内,没有大于一公里的小行星会经过地球。但根据米歇尔的说法,太空机构尚未识别出60%的飞行近地天体中,那些至少有40米长——足以摧毁一个地区或一个小国家的天体。

米歇尔说:“我们知道,最终,这样的撞击(与地球)会再次发生,而我们无法临时应对。”

 

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Rahul Rao

特约撰稿人,科学

Rahul Rao 自2021年初以来一直是《科学美国人》的实习生和特约科学作家。他报道物理学、太空、技术以及它们之间的交叉领域以及其他一切。


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