DART航天器撞擊孿小星（Dimorphos）后瞬間飛散的碎片 圖源：NASA DART團(tuán)隊(duì)與LICIACube

2022年，NASA進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：他們故意讓一艘航天器撞向一顆小行星孿小星（Dimorphos），以測(cè)試是否能夠改變它繞另一顆較大的小行星孿大星（Didymos）運(yùn)行的軌道。

這項(xiàng)名為“雙小行星重定向測(cè)試（DART）”的任務(wù)最終使得孿大星和孿小星之間的軌道周期縮短了整整33分鐘。

但新的測(cè)量結(jié)果顯示，它的影響遠(yuǎn)不止于此——這次撞擊不僅改變了兩顆小行星彼此之間的軌道周期，還改變了它們整個(gè)系統(tǒng)在太空中的運(yùn)行軌跡。

這標(biāo)志著人類首次直接改變了一個(gè)自然天體繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道。

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的航天工程師 Rahil Makadia 領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)寫(xiě)道：“DART 項(xiàng)目已經(jīng)推動(dòng)了多種前沿科技的發(fā)展，改變雙小行星系統(tǒng)的繞日軌道便是其中最新的一項(xiàng)。”

DART任務(wù)是所謂行星防御的一環(huán)——應(yīng)對(duì)小行星、彗星等近地天體可能帶來(lái)的威脅。太陽(yáng)系中存在大量巨大的巖石天體，雖然目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有哪一顆會(huì)在近期撞擊地球，但人類仍希望為這種可能性做好準(zhǔn)備。

DART 任務(wù)的思路相當(dāng)直接：其目標(biāo)是一對(duì)彼此受引力束縛的小行星，其中較大的孿大星直徑約 780 米，較小的孿小星直徑約 160 米，因此更容易被撞擊推動(dòng)，從而改變軌道。

科學(xué)家選擇這個(gè)系統(tǒng)還有一個(gè)原因：它的軌道周期此前已經(jīng)非常精確地測(cè)定過(guò)，因此任何變化都很容易被檢測(cè)出來(lái)。DART任務(wù)的成功標(biāo)準(zhǔn)是：通過(guò)撞擊孿小星，改變它繞孿大星運(yùn)行的軌道周期。

DART團(tuán)隊(duì)原本預(yù)計(jì)軌道周期會(huì)改變約7分鐘，但實(shí)際測(cè)得的變化達(dá)到了33 分鐘，這令科學(xué)家們非常興奮。

然而，這個(gè)小行星系統(tǒng)也是龐大的太陽(yáng)系的一部分。Makadia 團(tuán)隊(duì)想知道：DART任務(wù)是否不僅改變了孿小星繞孿大星的軌道周期，還改變了這兩顆小行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的整體軌跡。

由于孿大星和孿小星彼此受引力束縛，它們實(shí)際上是圍繞一個(gè)共同的質(zhì)心運(yùn)行。當(dāng)DART航天器撞上孿小星時(shí)，撞擊不僅推動(dòng)了這顆較小的小行星，還向太空噴射了大量碎片。

這些飛散的碎片帶走了小行星系統(tǒng)的一部分動(dòng)量。科學(xué)家此前就預(yù)測(cè)，這種動(dòng)量損失可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微小的反沖效應(yīng)，從而略微改變孿大星—孿小星系統(tǒng)繞太陽(yáng)運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

自2022年9月撞擊事件以來(lái)，各種儀器一直在持續(xù)監(jiān)測(cè)這一小行星系統(tǒng)。Makadia 團(tuán)隊(duì)分析了大量觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括：22次恒星掩星觀測(cè)，5955次地面觀測(cè)得到的位置測(cè)量，DART航天器自身的3次導(dǎo)航測(cè)量，9次地面距離測(cè)量。

綜合這些數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)：撞擊確實(shí)給孿大星—孿小星系統(tǒng)帶來(lái)了一個(gè)微小的推動(dòng)，使其軌道速度減慢了約11.7微米/秒。換算一下相當(dāng)于每小時(shí)慢了42毫米的距離，差不多是一塊Apple Watch表盤的寬度。

在太空中，即使是極其微小的速度變化，也會(huì)隨著時(shí)間逐漸累積成顯著的軌道偏移。如果速度減少11.7微米/秒，持續(xù)10年，軌道位置將累計(jì)改變約3.69公里。

從行星防御的角度來(lái)看，如果我們能提前幾年甚至幾十年發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的小行星，哪怕只是輕輕推一把，也可能足以讓它安全地偏離地球。再也不能期待小行星毀滅地球了！

未來(lái)的太空任務(wù)將進(jìn)一步揭示這次撞擊的詳細(xì)情況。歐洲空間局的“赫拉”（Hera）探測(cè)器計(jì)劃在近十年內(nèi)抵達(dá)孿大星—孿小星系統(tǒng)。它將詳細(xì)研究DART航天器撞擊留下的撞擊坑，并測(cè)定兩顆小行星的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)。

但目前取得的成果已經(jīng)足夠令人驚嘆。這是人類首次改變一個(gè)自然天體在太陽(yáng)系中的運(yùn)行軌道。

研究人員寫(xiě)道：“研究結(jié)果表明，像DART這樣的行星防御任務(wù)能夠改變天體的繞日軌道，標(biāo)志著人類在防范未來(lái)小行星撞擊地球方面邁出了重要一步。”

圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)

來(lái)源：牧夫天文

編輯：晨曙

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