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为防地球毁灭 NASA拟用飞船撞击小行星攒经验

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9月12日消息,据外媒报道,众所周知,6500万年前撞击导致恐龙灭绝,因为它们没有预警机制,也没有办法保护自己。显然,人类在竭力避免与恐龙同样的命运。

为此,今年晚些时候,美国宇航局()将启动一项任务,以演练如何让未来可能撞击地球的小行星偏离轨道。这项任务名为“双小行星重定向测试”(DART),无人计划最早于11月24日(最晚2022年2月)发射,并将花费1年时间到达目标——Dimorphos。这颗小行星的体积约与体育场相当,围绕着名为Didymos的更大小行星运行。

NASA计划用汽车大小、重约330千克的DART飞船以每秒6.5公里的速度撞击Didymos,使其围绕Didymos旋转近12小时的轨道时间改变几分钟。五年后,欧洲航天局Hera任务飞船将抵达现场,检查任务是否成功。撞击只会对Dimorphos轨道产生很小的影响,但这应该足以让小行星在未来偏离撞向地球的轨道。NASA DART项目科学家汤姆·斯塔特勒(Tom Statler)说:“我们这样做是为了有能力防止一场真正的灾难。”


科学家们已经对Dimorphos轨道的潜在变化进行了充分的研究。但到目前为止,我们还不知道撞击后Dimorphos自身会发生哪些变化。由马里兰大学教授哈里森·阿格鲁萨(Harrison Agrusa)领导的研究人员,通过计算撞击的动量如何改变小行星的翻滚、俯仰角和偏航,模拟了Dimorphos自身的变化。结果可能是戏剧性的,阿格鲁萨称:“它可能开始旋转并进入混乱状态。”

这种意想不到的旋转带来了许多有趣的挑战,比如这将增加在这颗小行星上着陆的难度。欧洲航天局希望在其赫拉任务中使用两个小型尝试着陆这颗小行星。它还可能使未来试图使撞向地球的小行星偏离轨道更加复杂,因为任何旋转都可能影响小行星在太空中的路径。

当DART飞船撞上Dimorphos时,其冲击能量相当于三吨TNT炸药爆炸,将数千块碎片喷向太空。斯塔特勒教授描述称,这就像高尔夫球车以2.4万公里的时速撞向足球场。阿格鲁萨和他的团队表示,撞击的力量不会立即对Dimorphos的旋转造成任何改变,但在几天内,情况将开始剧变。

很快,Dimorphos就会开始轻微摇晃。这种摆动幅度会越来越大,因为来自撞击的动量使Dimorphos的旋转失去平衡,而真空中没有摩擦来减缓它的速度。Dimorphos可能会开始向单个方向旋转,也可能会沿着类似烤肉架的长轴旋转。对于观测者来说,这颗看似平静的卫星将呈现出一种新的形态,开始剧烈地前后摆动,它先前隐藏的侧面将显现出来。

在几周内,Dimorphos的旋转会变得更剧烈,以至于它会陷入混乱的翻滚状态无法控制地绕着其轴旋转。在更极端的情况下,Didymos的潮汐效应可能会被完全打破,Dimorphos可能会开始彻底翻转。

具体会发生什么取决于许多因素。Dimorphos的形状将发挥重要作用:如果它更细长而不是球形,它会旋转得更混乱。到目前为止,雷达观测显示Dimorphos是细长型,但我们要等到DART飞船击中它的前几个小时才能知道。

撞击位置同样很关键。DART飞船将瞄准Dimorphos的中心,目标是施加最大的力量以改变其轨道。但撞击点越偏离中心,Dimorphos产生的自旋就会越混乱。然而,在大多数情况下,Dimorphos应该在数周内戏剧性地来回摆动或在多个方向翻滚。

五年后,当欧洲航天局的航天器到达时,场面可能会相当戏剧化。由于人类的影响,Didymos可能在其轨道上疯狂旋转。很可能需要几十年甚至几个世纪的时间,Didymos的引力才能将Dimorphos恢复到它原来的状态,也就是被潮汐锁定的状态。

赫拉航天器的到来将是我们确定Dimorphos自身发生何种变化的唯一途径,因为DART飞船将被撞击摧毁,而Dimorphos太小,从地球上无法详细观测到。意大利制造的LICIACube小型卫星将在撞击发生前部署,并将在撞击呼啸而过时拍摄图像,但它只能拍摄几分钟图像,不足以观察到撞击的后续影响。

赫拉任务还计划部署两颗较小的卫星,试图在Dimorphos表面着陆。翻滚的运动预计不会阻碍这些努力,但可能会使它们更加困难。如果没有应对这种混乱旋转进行适当的规划,这颗卫星可能会四处弹跳,最终无法到达科学家想要的位置。法国国家科学研究中心(CNRS)的帕特里克·米歇尔(Patrick Michel)说:“无论如何,在这么小的天体上着陆是很困难的。”

Dimorphos的旋转运动预计不会影响DART飞船为拯救地球而进行的彩排,也不会对地球构成任何危险,但却会提供许多科学上有用的信息。小行星的自旋状态可能会影响其他性质,比如它们反射多少阳光,这可能会影响它们的轨道,这可能也是未来小行星轨道偏转任务中需要考虑的因素。西安大略大学天文学家保罗·维格特(Paul Wiegert)说:“这可不像让飞船撞到小行星那么简单,你需要理解很多物理知识。”

对这个系统进行多年、几十年甚至几个世纪的观察,也将给我们一个前所未有的机会,来看看双小行星系统在经历这样的撞击后会发生怎样的变化。赫拉任务航天器可以观察到,在使系统恢复正常状态的过程中潮汐效应有多强,并帮助我们理解像这样的两颗小行星之间的引力关系。(小小)

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