原創(chuàng) 水兄 果殼

北京時(shí)間9月27日清晨7:14，人類首次行星防御演習(xí)準(zhǔn)時(shí)上演。在距離地球大約1100萬千米的太陽系某處，一枚探測器將“先發(fā)制人”，主動(dòng)撞擊一顆小行星。

撞擊效果模擬圖 | NASA/JPL

這樣做的目的，是為了評估這種行星防御方式是否可行——對未來有可能威脅地球的小行星采取預(yù)防性的撞擊措施， 是否真的能夠避免小行星撞地球的災(zāi)難性后果。

先下手為強(qiáng)

說到小行星的威脅，免不了讓人想到曾統(tǒng)治地球至少1.6億年的恐龍。大約6500萬年前一次巨大的小行星撞擊事件后，不可一世的恐龍徹底退出了歷史舞臺(tái)。

雖然現(xiàn)在沒有證據(jù)表明“史前文明”遭遇過類似的滅頂之災(zāi)，但小規(guī)模的小行星撞擊地球或地球大氣層的事件時(shí)有發(fā)生。

最近一次讓人印象深刻的，就是2013年2月15日俄羅斯的車?yán)镅刨e斯克隕落事件。研究認(rèn)為，這是一顆直徑為20米的小行星闖入地球大氣，在距離地面約30000米高空爆炸，釋放出的能量為40~50萬噸TNT當(dāng)量（相當(dāng)于大約30顆廣島原子彈），間接造成1400多人受傷。由于發(fā)生在白天，亮如太陽的壯觀火流星被大量的行車記錄儀拍下。

車?yán)镅刨e斯克隕落事件實(shí)拍 | 圖源網(wǎng)絡(luò)

這些事情告訴我們，對小行星撞擊地球的擔(dān)憂并非杞人憂天。如何防御小行星撞擊現(xiàn)在已經(jīng)成為全球性的共同議題。

面對小行星威脅，無外乎以下幾種方法：

炸——使用大量的炸藥、導(dǎo)彈將小行星炸碎。

撞——通過主動(dòng)撞擊，就像打桌球一樣使其偏離軌道，消除對地球的威脅。

藏——惹不起咱還躲不起么？如果對付不了飛馳而來的小行星，那么只能在撞擊到來前盡快進(jìn)入掩體躲藏起來，當(dāng)然前提是要有足夠的預(yù)警時(shí)間。

主動(dòng)出擊總比等著挨撞強(qiáng)。如果我們發(fā)現(xiàn)某個(gè)小行星對地球構(gòu)成較大威脅，不妨嘗試提前干預(yù)——不等它撞我，我先將其撞出威脅范圍。

那么撞擊效果究竟如何呢？需要達(dá)到什么水平才足以引起這種變化呢？美國航空航天局（NASA）的飛鏢項(xiàng)目（DART）就是這方面的開路先鋒。

DART任務(wù)徽章 | NASA/Johns Hopkins APL

DART，全稱為Double Asteroid Redirection Test，可直譯為“’雙小行星撞擊轉(zhuǎn)向試驗(yàn)”。

英文單詞 dart 有“飛鏢”的意思，這項(xiàng)任務(wù)的標(biāo)識(shí)也使用了飛鏢形態(tài)，象征意義不言而喻，希望探測器能像一支飛鏢那樣正中目標(biāo)。

有趣的是，因?yàn)镈ART的發(fā)音，國內(nèi)愛好者也親切地稱之為“打他”，諧音梗玩得也是很溜?。?/p>

“飛鏢”的目標(biāo)

先來看看明天就要撞小行星的這枚“飛鏢”。

DART探測器，與封裝它的火箭整流罩相比，小到不成比例 | NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman

DART探測器，長寬高：1.8 × 1.9 × 2.6 米，質(zhì)量：610 千克。除了若干個(gè)用來確定方向和姿態(tài)的太陽傳感器、一個(gè)導(dǎo)航用的星敏感器和一個(gè)20厘米口徑攝像機(jī)以外，沒有攜帶任何科學(xué)載荷，是個(gè)不折不扣的低成本衛(wèi)星。

因?yàn)?，它的使命確定了它就是“炮灰”。

當(dāng)然它也不僅僅是“炮灰”，新型的離子發(fā)動(dòng)機(jī)、卷軸太陽能電池板、小型高轉(zhuǎn)換率電池在它身上都進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)。關(guān)于這些新技術(shù)，在《》一文中有過具體介紹。

DART探測器的各種儀器位置 | NASA/Johns Hopkins APL

再來看看這枚“飛鏢”要撞擊的標(biāo)靶。

雙小行星系統(tǒng)“狄迪莫斯”Didymos，小行星永久編號為65803號。距離太陽1.0~2.3天文單位，公轉(zhuǎn)周期約770天，偏心率0.38，與黃道的夾角僅3°，比月球還小。

這樣一個(gè)典型的“阿波羅型”近地小行星，符合潛在威脅小行星（PHA）的定義，但未來幾百年內(nèi)都不太可能撞擊地球。

它下一次接近地球是2123年11月，最近距離約為590萬千米。

7月27日，DART上的導(dǎo)航相機(jī)拍到了小行星狄迪莫斯的身影 | JPL DART Navigation Team

2003年，人們發(fā)現(xiàn)原來它還有一顆屬于自己的衛(wèi)星。在那之后，這顆小行星才得到了正式的命名，即“狄迪莫斯”Didymos，希臘語中“雙胞胎”的意思。而它的衛(wèi)星，也同時(shí)被命名為“狄默爾弗斯”Dimorphos，希臘語中“兩種形態(tài)”的意思。

它的中文名字也很有意思。既然是孿生星，那么大的就叫“孿大星”，小的就叫“孿小星”好了。

65803號小行星環(huán)繞太陽的公轉(zhuǎn)軌道 | ESA/NEO Coordination Centre

孿大星直徑780米，孿小星直徑170米。DART 的目標(biāo)很明確，就是對孿小星進(jìn)行撞擊，并觀察撞擊效果。

對比一下目標(biāo)小行星的大小，從左往右依次是：巴士，DART探測器，凱旋門，自由女神像，孿小星，吉薩大金字塔，艾菲爾鐵塔，世貿(mào)一號樓，孿大星，哈利法塔 | NASA/Johns Hopkins APL

倒不是因?yàn)椤笆磷訐燔浀哪蟆?，而是孿小星太合適作為這項(xiàng)任務(wù)的標(biāo)靶了。原因有四：

孿小星質(zhì)量非常小，按我們現(xiàn)有的技術(shù)，如果對它進(jìn)行撞擊，有可能產(chǎn)生“可觀測”的公轉(zhuǎn)周期的變化；

孿小星繞孿大星公轉(zhuǎn)的軌道面與黃道面接近，從地球上看，它們構(gòu)成了“食雙星”。換句話說，孿小星繞孿大星旋轉(zhuǎn)的過程中，該雙小行星系統(tǒng)的亮度會(huì)出現(xiàn)規(guī)律性的變化，有利于測定其軌道周期；

實(shí)施撞擊時(shí)，它們距離地球約1100萬千米，足以讓地面望遠(yuǎn)鏡和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測，對撞擊后的效果作出評估；

它們不會(huì)對地球造成威脅，不必?fù)?dān)心撞擊之后我們會(huì)反受其害。

通過雙小行星互掩/凌產(chǎn)生的光變曲線，地面望遠(yuǎn)鏡可以精確測定雙小行星的公轉(zhuǎn)周期 | NASA/Johns Hopkins APL

根據(jù)計(jì)劃，明天凌晨3時(shí)左右，DART將進(jìn)入全自動(dòng)模式，通過導(dǎo)航相機(jī)尋找目標(biāo)并進(jìn)行定位。撞擊前20分鐘“精準(zhǔn)鎖定”。功率為3.5千瓦的離子發(fā)動(dòng)機(jī)開足馬力后最終把DART加速到 6.6 千米/秒左右。撞擊前2分半引擎熄火。

7時(shí)14分，DART將迎面撞擊孿小星。根據(jù)模擬，這樣的撞擊不僅會(huì)在孿小星表面留下一個(gè)坑，更會(huì)令其公轉(zhuǎn)速度減小約0.4 毫米/秒。

可別嫌它小，放大到整條公轉(zhuǎn)軌道上，撞擊將使得孿小星繞孿大星公轉(zhuǎn)的周期發(fā)生6~10分鐘的變化。這個(gè)變化，使用地面大型望遠(yuǎn)鏡是能測出來的。

撞擊效果模擬 | ESA

據(jù)悉，在接近孿小星的最后階段，直到撞擊發(fā)生，DART都會(huì)源源不斷地傳回照片和無線電信號，畫面將每秒刷新一幀。

最后一張圖片采集自撞擊前約2秒鐘，但由于圖像的解析需要一定的時(shí)間，因此我們將先看到無線電信號消失，過幾秒鐘才會(huì)失去圖像。

DART導(dǎo)航相機(jī)撞擊前拍攝畫面模擬 | NASA

除此之外，DART還帶了一位御用攝像師，一顆六單元的立方星LICIACube，專門負(fù)責(zé)在撞擊前后有限時(shí)間內(nèi)采集圖像，并直接將數(shù)據(jù)傳回地球。尤其是在撞擊后約2分45秒，它將飛越孿小星，嘗試捕獲新的撞擊坑圖像，確認(rèn)撞擊并觀察撞擊所形成的羽流。不過研究團(tuán)隊(duì)可能需要幾天的時(shí)間來處理觀測數(shù)據(jù)。

DART分離立方星LICIACube的模擬圖 | NASA/Johns Hopkins APL9月21日，LICIACube測試相機(jī)時(shí)拍攝的地球影像 | ASI/NASA

作為人類首次行星防御演習(xí)，這一撞效果究竟會(huì)如何呢？別急，全球各地天文研究機(jī)構(gòu)都會(huì)把望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)夜空中那個(gè)小亮點(diǎn)。

NASA會(huì)投入哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（HST）、詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST），和正在執(zhí)行木星特洛伊天體探測任務(wù)的露西號（Lucy）等“空中力量”，在第一時(shí)間進(jìn)行觀測，真可謂陣容豪華。

與此同時(shí)，地面上，分布在美國、智利、阿根廷、澳大利亞、新西蘭、以色列、肯尼亞、南非、納米比亞等地，甚至南極大陸上的各型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和射電望遠(yuǎn)鏡，從現(xiàn)在起到2023年都將持續(xù)對狄迪莫斯雙小行星系統(tǒng)進(jìn)行觀測。

將對狄迪莫斯雙小行星系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)觀測的望遠(yuǎn)鏡分布 | NASA/JPL

在我們國內(nèi)，還有一批業(yè)余天文學(xué)家和天文愛好者眾籌申請了一臺(tái)位于南美洲的大口徑望遠(yuǎn)鏡的觀測時(shí)間，進(jìn)行拍攝和研究。

毫無疑問，這又是一場天文學(xué)界的全球盛宴！

撞擊小天體并非首次

“飛鏢”DART并不是第一個(gè)撞擊太陽系小天體的人造航天器。此前已有過兩位“先驅(qū)”，分別是深度撞擊號（Deep Impact）和隼鳥2號（Hayabusa 2）。

深空撞擊號任務(wù)徽章 | NASA/JPL-Caltech/UMD

深度撞擊號是NASA于2005年1月發(fā)射的探測器，考察對象是坦普爾1號彗星（9P/Tempel 1）。同年7月4日，它釋放出一個(gè)重約372千克的撞擊器，成功與彗核相撞。

撞擊釋放的能量相當(dāng)于5噸黃色炸藥，在彗星表面形成一個(gè)直徑約150米、深達(dá)30米的撞擊坑。撞擊時(shí)，彗星亮度高出正常5倍。

主探測器在距離坦普爾1號彗星約500千米處飛越，通過高分辨相機(jī)（HRI）、中分辨相機(jī)（MRI）和撞擊定位傳感器（ITS）等載荷收集了一系列數(shù)據(jù)，并在之后的幾天里傳回了地球。

深度撞擊號撞擊彗星的高分辨動(dòng)態(tài)實(shí)拍影像 | NASA/JPL

“深度撞擊”的結(jié)果多少有些出人預(yù)料。觀測數(shù)據(jù)表明，撞擊產(chǎn)生的水冰和灰塵高出預(yù)期，支持松散多孔的彗星結(jié)構(gòu)模型。彗星物質(zhì)也比預(yù)想的細(xì)，更像滑石粉，而不是沙子。

天文學(xué)家根據(jù)彗星內(nèi)部的化學(xué)性質(zhì)推測，坦普爾1號彗星可能誕生于天王星或海王星附近。這些信息對了解彗星形成和演化機(jī)制，對優(yōu)化太陽系的演化模型有著重要意義。

隼鳥2號任務(wù)徽章 | JAXA

隼鳥2號則是日本航天局（JAXA）的小行星采樣返回探測器，于2014年12月3日從日本鹿兒島縣種子島宇宙中心起飛，2018年6月27日抵達(dá)162173號小行星“龍宮”（Ryugu）。

2019年，隼鳥2號在“龍宮”表面進(jìn)行了2次采樣工作。2月22日的第一次采樣，順利采集到了小行星表面的樣本（詳見：）。而接下來的第二次采樣，希望能夠采集到表面以下更為原始的小行星物質(zhì)。

于是，2019年4月5日，隼鳥2號以300米/秒的速度，向小行星“龍宮”的表面投射出一枚重達(dá)14千克的撞擊器(SCI）。一時(shí)間，大量碎屑飛濺而出，在表面留下直徑10米左右的彈坑。

隼鳥2號釋放撞擊器撞擊小行星龍宮的實(shí)拍畫面 | JAXA

隱藏在表面之下的小行星原始物質(zhì)，也因此暴露了出來。

此次撞擊形成了一個(gè)10米左右的彈坑，顏色更深的小行星原始物質(zhì)暴露了出來 | JAXA

2019年7月11日，在這個(gè)新撞出來的彈坑內(nèi)，隼鳥2號完成了第二次采樣（詳見：）。

最終，隼鳥2號從小行星“龍宮”上共計(jì)帶回5.4克樣品。

今年5月，日本研究人員宣布，在龍宮小行星的樣品中發(fā)現(xiàn)了超過20種氨基酸，這是首次在太陽系小行星上，也就是太空自然環(huán)境中發(fā)現(xiàn)氨基酸，對破解生命起源提供了一條重要線索（詳見：《小行星采樣帶回地外“生命之源”？離外星人入侵還有多遠(yuǎn)？》）。

明天清晨，不“撞”不散 | NASA/Johns Hopkins APL

而DART明天對孿小星的“主動(dòng)出擊”，算是人類對太陽系小天體的第3次撞擊了。但相比前兩次的“小打小鬧”，明天DART的這一撞目標(biāo)直指小行星防御，也是真正意義上人類首次有意嘗試改變一個(gè)自然天體的運(yùn)行狀態(tài)。

你說這事兒夠不夠大？總結(jié)起來就是：極富挑戰(zhàn)、極具意義。小行星防御任重道遠(yuǎn)，但我們?nèi)祟愐呀?jīng)開始實(shí)際行動(dòng)了！

至于明天這一撞效果到底如何…… 別急，果殼會(huì)持續(xù)跟蹤后續(xù)進(jìn)展，敬請關(guān)注。

作者：水兄

編輯：Steed

題圖：NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

一個(gè)AI

切，還不是專門挑了個(gè)小不點(diǎn)來撞……

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