本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Alexandra Witze，题图来自：《天地大冲撞》


去年9月，美国航天局（NASA）的“双小行星重定向测试”（DART）航天器撞向了一颗小行星，人为改变了该岩质小行星在太空中的运行轨道，完成了行星防御计划的首次测试。现在，科学家通过详解这次撞击过程及其结果，发现人类在宇宙中的“这一击”可谓非常成功。


DART和一辆高尔夫球车差不多大，它撞击的小行星名为“孪小星” （Dimorphos），大小类似一个大金字塔。研究人员在《自然》[1]上发文指出，这次撞击缩小了孪小星绕另一颗岩质小行星的轨道——孪小星现在绕一圈的时间比撞击前快了33分钟。也就是说，如果人类探测到危险的小行星正向地球靠近，撞击计划很有可能使其轨道偏离地球。


这些图像拍摄于DART撞击小行星后的第一个月。每一帧都为整夜观测的平均结果。照片中央为孪大星（Didymos）小行星系统，横条纹为各恒星。来源：University of Canterbury Ōtehīwai Mt John Observatory/UCNZ<br>
这些图像拍摄于DART撞击小行星后的第一个月。每一帧都为整夜观测的平均结果。照片中央为孪大星（Didymos）小行星系统，横条纹为各恒星。来源：University of Canterbury Ōtehīwai Mt John Observatory/UCNZ


DART的成功之前也有报道；而现在，《自然》发表的五篇论文详细描述了撞击发生前的最后时刻，以及撞击对孪小星的影响。一个研究团队将DART航天器的轨迹数据与孪小星表面在撞击前的照片相结合[2]。就在DART以超过每秒6公里的速度冲向孪小星时，首当其冲的是DART的一块太阳能板，这块太阳能板撞到了一个6.5米宽的岩石。数微秒后，航天器主体撞向了该岩石旁的岩质表面，3.3亿美元的DART航天器瞬间撞成了碎片。


撞击使43亿公斤的孪小星喷射出至少100万公斤的岩石，这些碎片在孪小星的身后形成了一条几万公里长的尾巴。多台望远镜在接下来的数周内观察着这条长尾如何在太阳射线的压力下改变和演化；哈勃太空望远镜甚至探测到了第二条尾巴，这条尾巴在撞击后的第18天消失[3]。


孪小星宽151米，绕着体积更大的孪大星（Didymos）旋转。NASA的目标是让孪小星的轨道发生足够偏转，好让天文学家利用地基望远镜观测这对小行星的亮度差异来发现偏转变化。这两颗小行星无论现在还是将来都不会对地球构成威胁。


在DART 9月26日冲向孪小星时拍摄的图像显示，孪小星看起来就像被岩石包裹的鸡蛋，好似一堆松散的碎石被引力勉强拉在一起，其表面很容易在DART的撞击下四分五裂。


撞击测试


美国马里兰州劳雷尔的约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家Carolyn Ernst说，更多细节的揭示正在帮助研究人员理解为何这次撞击能使孪小星成功偏转。


一个原因是DART的撞击位置距离孪小星的中心约25公里，从而使冲击力达到最强。另一个原因是孪小星的大量碎石朝着撞击的反方向飞溅。这股反冲力将孪小星进一步推离之前的轨道。研究人员估计，碎石喷溅使孪小星获得了近乎于DART撞击力4倍的额外动量[4]。


研究人员表示，虽然NASA只在一颗小行星上演示了这项技术，但结果对于应对今后的危机具有普遍意义。法国马赛望远镜制造商Unistellar的首席科学官、加州山景城SETI研究所的Franck Marchis说：“如果将来出现这种危机，我们就能迅速策划一项任务，让小行星发生偏转，而且我们知道成功的可能性很大。”


NASA华盛顿总部的DART项目科学家Tom Statler说：“如果你在30年前问我，‘从下周二开始的一周内，我们能保证一颗巨大的小行星不会让人类毁灭吗？’我只能回答你‘不能’。”但如今，他说，天文学家已经找出了天空中几乎所有危险的小行星，而DART任务又被证明行得通——“一旦出现了新的威胁，我们就知道该怎么做了。”


研究人员仍在分析DART的数据，对孪小星和孪大星的物理学、化学、地质学性质获得更深入的了解。这项工作得到了由Marchis联合领导的天文学爱好者团队的协助。这个团队的成员利用他们自己的望远镜观测了撞击前、中、后的孪大星和孪小星。他们发现，这两颗小行星在DART撞击后似乎变红了不少[5]。


北亚利桑那大学的行星科学家Cristina Thomas在12月的美国地球物理学会会议上表示，NASA位于夏威夷的红外望远镜（Infrared Telescope Facility）发现后来颜色又变成了蓝色。她说：“我们认为确实有这种可能性，因为孪小星抛出了很多物质。”航天器撞开了孪小星已经风化的内部，把其中一部分暴露了出来，这会让孪小星在撞击后的几个小时暂时变成蓝色。


等到欧洲空间局的“赫拉号”（Hera）在2026年末抵达孪小星时，科学家就能近距离观察到此次撞击结果的全貌。研究人员迫切想要知道DART留下的撞击坑是怎样的。与此同时，详细的科学观测也将持续数周，直到孪大星和孪小星逐渐远离地球，微弱到大部分望远镜都不再能看到，并最终移动到太阳背后。


Thomas说：“还能继续看着这一切的发展，令人非常激动。”


参考文献：

1. Thomas， C. A. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05805-2 (2023).

2. Daly， R. T. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05810-5 (2023).

3. Li， J.-Y. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05811-4 (2023).

4. Cheng， A. F. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05878-z (2023).

5. Graykowski， A. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05852-9 (2023).


原文以Asteroid lost 1 million kilograms after collision with DART spacecraft标题发表在2023年3月1日《自然》的新闻版块上 © nature doi: 10.1038/d41586-023-00601-4


本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Alexandra Witze