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小行星撞地球前我們先撞它——人類將首次嘗試防禦小行星試驗

1月
13
2022

2022年1月13日17時

2021年11月08日 10:00

科學報綜合

  近日,美國航天局(NASA)通過在線方式召開新聞發布會,宣布即將發射首個小行星防禦試驗衛星DART「飛鏢」,它將成為人類抵禦小行星威脅的「炮灰」,測試撞擊小行星的效果。

  6500萬年前,一顆直徑10千米的小行星撞擊地球,造成地球上許多生物滅絕,統治陸地1億多年的恐龍也未能幸免。這個故事想必大家都已不陌生了,學術界也大多認可這次小行星撞擊事件,這也被認為是曆次地球生物大滅絕事件中,原因相對最為明確的一次。那麼問題來了,像這樣的小行星撞擊事件還會發生嗎?如果有朝一日,類似的小行星再次來襲,我們有無辦法幸免於難呢?在科幻電影中出現過很多種對抗小行星撞擊的方法,如爆破法、撞擊法、激光照射法等等。那麼這些方法是否靠譜?效果是否明顯呢?如果不去嘗試一下,心裏肯定沒底。

  DART 就是這樣的開路先鋒。它的全稱為 Double Asteroid Redirection Test ,可翻譯成「’雙小行星撞擊轉向試驗衛星」。它的目的地是雙小行星系統「狄迪莫斯」Didymos,在希臘語中是「雙胞胎」的意思,小行星編號為65803號。該系統由兩顆小行星組成:較大的小行星就是「迪迪莫斯」,它有一個中文名字叫「孿大星」,直徑780米,較小的那顆小行星,或者說是孿大星的衛星,也有一個希臘名字「狄默爾弗斯」Dimorphos,中文名「孿小星」,直徑只有160米,它也是目前國際天文學聯合會賦予正式名稱的最小天體。DART 的目的就是對孿小星進行撞擊,並觀察撞擊效果。英文單詞 dart 有「鏢;飛鏢」的意思,給這個任務起「飛鏢」的昵稱倒也貼切,再次佩服一下老外起名字的水平。

  DART任務標識(來源:NASA)

  孿大星-孿小星系統被認為是人類首次行星防禦試驗的最佳候選。原因有四。第一,孿小星的質量非常小,按我們現有技術,有可能對它進行撞擊試驗並產生可觀測的效果。第二,這個小行星系統距離太陽約1.0-2.3天文單位,到撞擊時距離地球約1100萬千米,孿小星距離孿大星只有1.2千米,每12小時繞行一圈,地面望遠鏡和「哈勃」太空望遠鏡都有能力分辨二者,對撞擊後的效果作出評估。第三,孿小星繞孿大星公轉的軌道面與黃道面接近,從地球上看,它們構成了「食雙星」,這意味著孿小星既會從孿大星前經過,也會從它身後經過,這樣形成的亮度的規律性變化對測定其軌道周期極為有利。第四,這兩個小家夥不會對地球造成威脅,不必擔心我們撞擊孿小星後反而自找麻煩。

  孿大星與孿小星(狄迪莫斯系統)(來源:NASA)

  「飛鏢」衛星的質量只有 500 公斤,除了一個太陽傳感器、一個導航用的星敏感器和一個20厘米口徑攝像機以外,沒有攜帶任何科學載荷,是個低成本的衛星。畢竟要當「炮灰」嘛,整太大沒意思。它將使用新型太陽能電推發動機(SEP),功率為3.5千瓦。屆時,它將瞄准孿小星的正中央,以 6.6 km/s 的速度進行撞擊,預計對孿小星產生約 0.4 mm/s 的速度變化。看上去很小,但由此可能會造成其幾分鐘乃至10分鐘的公轉周期的變化,那麼在一個百萬公裏尺度上,很可能會有較為顯著的位置偏差。

  根據計劃,「飛鏢」衛星將於北京時間11月24日發射,撞擊試驗目前安排在2022年10月進行。「飛鏢」衛星還隨身攜帶了一個「小弟弟」,是一顆六單元的立方星LICIACube(Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids,意大利輕型小行星成像立方星)。它將在撞擊前離開「飛鏢」采集圖像,並在撞擊後近距離進行觀察,並直接將數據傳回地球。也就是說,它負責對撞擊過程進行「現場直播」。更為精確的撞擊效果評估將交給3年後發射的另一個小衛星Hera「赫拉」來承擔。

  LICIACube 與 Hera(來源:ESA)

  總的來說,這項行動是極富挑戰、極具意義、極其有趣的。使用一顆小衛星,通過受控的方式撞擊小行星令其改變軌道,技術上完全可行,效果上有待檢驗,這會給未來小行星防禦提供很有價值的參考數據。雖然目前為止還沒有一顆已知大小超過140米的小行星在未來100年內有較大概率撞擊地球的可能,但是也有研究認為我們可能只發現了其中的 40% 而已。杞人憂天也好,未雨綢繆也罷,面對潛在的小行星撞擊風險,先下手為強,總是沒錯的!

  參考資料:

  <1> https://dart.jhuapl.edu/

  <2> https://www.nasa.gov/specials/pdco/index.html#dart

  本文轉自天文茶餐廳


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