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跨时代的意义,人类首次行星防御实验成功:主动用飞行器改变了一颗小行星的轨道

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北京时间9月27日早晨 7 点 14 分,人类主动用飞行器改变了一颗小行星卫星的轨道。

根据陨石撞击说,大约 6500 万年前,一颗直径 10 公里,体积相当于一座中等城市大小的小行星从天而降。它在地球上撞出一个巨大的深坑,导致山洪爆发、气温骤降,地球因被灰尘笼罩而终年不见阳光。当时的「地球霸主」恐龙无法适应这强烈的环境变化,最终灭绝。

  这是一个被人广为知晓的猜想,实际上撞地球的天体并不是几千万年才有一次:每年都有大量小行星撞向地球,绝大部分都在地球大气层中分解。

  理论上讲,小行星撞地球的风险确实存在。2013 年 2 月 15 日,俄罗斯车里雅宾斯克的小行星撞击事件曾经引起人们一阵恐慌。

为了避免恐龙一般的悲剧发生,人们研究了多种防止小行星撞击地球的方法。

  现在,在美国航空航天局(NASA)的「双小行星重定向测试(DART)」中,一个从地球发射的无人航天器成功撞击了一颗小行星,NASA 称这是世界上第一个「行星防御」测试。

  这次被撞击的小行星名为 Dimorphos,从地球发射的航天器成功借助撞击将该行星推离原来的轨道,为未来阻止危险星体撞击地球提供参考。

  Dimorphos 是环绕近地小行星 Didymos 运行的小行星卫星,天文学家在二十多年前发现了 Didymos,它在希腊语中的意思是「双胞胎」。Didymos 宽约 780 米,围绕它运行的 Dimorphos 的直径为 160 米,其名称的意思是「两种形式」。

由于该小行星系统对地球没有威胁,因而可作为实验的良好目标。在撞击时,它们离地球相对较近——距离不到 1100 万公里。

「据我们所知,我们的第一次行星防御测试是成功的,」约翰霍普金斯大学应用物理实验室 (JHUAPL) 的 DART 任务系统工程师埃琳娜亚当斯在成功撞击之后说。「我认为地球人因此可以安睡了。当然,我会的。」

  DART 实验是人们首次尝试以保护地球为目的星球偏转技术。「这是有史以来第一次,我们能可测量地改变宇宙中天体运行的轨道,约翰霍普金斯大学应用物理实验室太空探索部门负责人 Robert Braun 表示。

  尽管人们选择的目标很小,但快速撞击只会改变 Dimorphos 绕 Didymos 运行的 1% 的速度,这听起来并不多,不过此种变化已经足以让人们通过望远镜观测到了。

  按照原本的轨道,Dimorphos 每 11 小时 55 分钟绕 Didymos 绕一圈。人们预计在撞击后,周期可能会改变成 11 小时 45 分钟。DART 团队成员表示,科学家们需要大约两个月的时间才能确定小行星的轨道是否发生了变化。

  哈勃、韦伯和 Lucy 任务等天基望远镜也集中观察了这一事件。

  美东时间 9 月 26 日晚上 7 点 14 分,DART 任务航天器以 14000 英里 / 小时的速度撞上撞上了 Dimorphos。为了这次撞击,早在去年年底,航天器就从地球出发了,发射时重约 610 千克。它搭载了约 50 千克重、用于航天器制动和姿态控制的肼类推进剂,以及约 60 千克用于操作离子推进技术验证机的氙。

  大概在撞击发生前一个小时,航天器的导航系统锁定了 Dimorphos。航天器的主摄像头每秒都会向地球发送一张照片,直到飞船撞上小行星,画面变黑。

  随着 DART 逼近 Dimorphos,这颗小行星从一个神秘的亮点变成了由巨石、峭壁和阴影地形组成的详细景观。

在改变小行星轨道的方案设想中,人们研究了给行星装推进器、使用大当量核武器爆破等方法,不过这次 DART 任务的航天器产生的动静很小,它和高尔夫球车差不多大。航天器两侧各有一个完全展开后长约 8.5 米的太阳能板。

按照计划,撞击之后航天器会在 Dimorphos 上留下一个 10 到 20 米的「陨石坑」。由于「自杀式撞击」之后,航天器本身已被破坏,Dimorphos 表面的变化会由意大利航天局提供的伴生立方体卫星 LICIACube 在空中进行记录。在撞击后三分钟,小卫星会飞过 Dimorphos 捕捉图像和视频。这些图像虽然不能立即获得,但将在碰撞后的几天和几周内传回地球。

DART 任务是 NASA 行星防御计划中「动能撞击器」的首次演示,旨在将航天器撞向小行星以改变其轨道。该任务首次采集到真实的小行星撞击数据,未来这些数据将被输入到计算机模型中,以测算出抵御一颗对地球有撞击风险的小行星需用多大体积的航天器和飞行速度等。

  根据 NASA 的研究,大约有 40% 的大型小行星,直径能达到 140 米以上,这些行星可能回对地球构成威胁。如果在预期撞击前 5 年或 10 年发现具有潜在危险的小行星,「动能撞击器」的方法就能有效保护地球。

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