為防地球毀滅,NASA 擬用飛船撞擊小行星攢經驗

2021/9/12 11:35:07 來源:網易科技 作者:小小 責編:姜戈

9 月 12 日消息,據報道,眾所周知,6500 萬年前小行星撞擊地球導致恐龍滅絕,因為它們沒有預警機制,也沒有辦法保護自己。顯然,人類在竭力避免與恐龍同樣的命運。

為此,今年晚些時候,美國國家航空航天局 (NASA) 將啟動一項任務,以演練如何讓未來可能撞擊地球的小行星偏離軌道。這項任務名為“雙小行星重定向測試”(DART),無人飛船計劃最早于 11 月 24 日(最晚 2022 年 2 月)發射,并將花費 1 年時間到達目標 ——Dimorphos。這顆小行星的體積約與體育場相當,圍繞著名為 Didymos 的更大小行星運行。

NASA 計劃用汽車大小、重約 330 千克的 DART 飛船以每秒 6.5 公里的速度撞擊 Dimorphos,使其圍繞 Didymos 旋轉近 12 小時的軌道時間改變幾分鐘。五年后,歐洲航天局 Hera 任務飛船將抵達現場,檢查任務是否成功。撞擊只會對 Dimorphos 軌道產生很小的影響,但這應該足以讓小行星在未來偏離撞向地球的軌道。NASA DART 項目科學家湯姆?斯塔特勒(Tom Statler)說:“我們這樣做是為了有能力防止一場真正的災難。”

科學家們已經對 Dimorphos 軌道的潛在變化進行了充分的研究。但到目前為止,我們還不知道撞擊后 Dimorphos 自身會發生哪些變化。由馬里蘭大學教授哈里森?阿格魯薩(Harrison Agrusa)領導的研究人員,通過計算撞擊的動量如何改變小行星的翻滾、俯仰角和偏航,模擬了 Dimorphos 自身的變化。結果可能是戲劇性的,阿格魯薩稱:“它可能開始旋轉并進入混亂狀態。”

這種意想不到的旋轉帶來了許多有趣的挑戰,比如這將增加在這顆小行星上著陸的難度。歐洲航天局希望在其赫拉任務中使用兩個小型航天器嘗試著陸這顆小行星。它還可能使未來試圖使撞向地球的小行星偏離軌道更加復雜,因為任何旋轉都可能影響小行星在太空中的路徑。

當 DART 飛船撞上 Dimorphos 時,其沖擊能量相當于三噸 TNT 炸藥爆炸,將數千塊碎片噴向太空。斯塔特勒教授描述稱,這就像高爾夫球車以 2.4 萬公里的時速撞向足球場。阿格魯薩和他的團隊表示,撞擊的力量不會立即對 Dimorphos 的旋轉造成任何改變,但在幾天內,情況將開始劇變。

很快,Dimorphos 就會開始輕微搖晃。這種擺動幅度會越來越大,因為來自撞擊的動量使 Dimorphos 的旋轉失去平衡,而真空中沒有摩擦來減緩它的速度。Dimorphos 可能會開始向單個方向旋轉,也可能會沿著類似烤肉架的長軸旋轉。對于觀測者來說,這顆看似平靜的衛星將呈現出一種新的形態,開始劇烈地前后擺動,它先前隱藏的側面將顯現出來。

在幾周內,Dimorphos 的旋轉會變得更劇烈,以至于它會陷入混亂的翻滾狀態無法控制地繞著其軸旋轉。在更極端的情況下,Didymos 的潮汐效應可能會被完全打破,Dimorphos 可能會開始徹底翻轉。

具體會發生什么取決于許多因素。Dimorphos 的形狀將發揮重要作用:如果它更細長而不是球形,它會旋轉得更混亂。到目前為止,雷達觀測顯示 Dimorphos 是細長型,但我們要等到 DART 飛船擊中它的前幾個小時才能知道。

撞擊位置同樣很關鍵。DART 飛船將瞄準 Dimorphos 的中心,目標是施加最大的力量以改變其軌道。但撞擊點越偏離中心,Dimorphos 產生的自旋就會越混亂。然而,在大多數情況下,Dimorphos 應該在數周內戲劇性地來回擺動或在多個方向翻滾。

五年后,當歐洲航天局的航天器到達時,場面可能會相當戲劇化。由于人類的影響,Didymos 可能在其軌道上瘋狂旋轉。很可能需要幾十年甚至幾個世紀的時間,Didymos 的引力才能將 Dimorphos 恢復到它原來的狀態,也就是被潮汐鎖定的狀態。

赫拉航天器的到來將是我們確定 Dimorphos 自身發生何種變化的唯一途徑,因為 DART 飛船將被撞擊摧毀,而 Dimorphos 太小,從地球上無法詳細觀測到。意大利制造的 LICIACube 小型衛星將在撞擊發生前部署,并將在撞擊呼嘯而過時拍攝圖像,但它只能拍攝幾分鐘圖像,不足以觀察到撞擊的后續影響。

赫拉任務還計劃部署兩顆較小的衛星,試圖在 Dimorphos 表面著陸。翻滾的運動預計不會阻礙這些努力,但可能會使它們更加困難。如果沒有應對這種混亂旋轉進行適當的規劃,這顆衛星可能會四處彈跳,最終無法到達科學家想要的位置。法國國家科學研究中心 (CNRS)的帕特里克?米歇爾(Patrick Michel)說:“無論如何,在這么小的天體上著陸是很困難的。”

Dimorphos 的旋轉運動預計不會影響 DART 飛船為拯救地球而進行的彩排,也不會對地球構成任何危險,但卻會提供許多科學上有用的信息。小行星的自旋狀態可能會影響其他性質,比如它們反射多少陽光,這可能會影響它們的軌道,這可能也是未來小行星軌道偏轉任務中需要考慮的因素。西安大略大學天文學家保羅?維格特(Paul Wiegert)說:“這可不像讓飛船撞到小行星那么簡單,你需要理解很多物理知識。”

對這個系統進行多年、幾十年甚至幾個世紀的觀察,也將給我們一個前所未有的機會,來看看雙小行星系統在經歷這樣的撞擊后會發生怎樣的變化。赫拉任務航天器可以觀察到,在使系統恢復正常狀態的過程中潮汐效應有多強,并幫助我們理解像這樣的兩顆小行星之間的引力關系。

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關鍵詞:小行星NASA地球毀滅

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