NASA尝试在1000万公里外撞击小行星 人类将首次尝试改变天体轨道

图1：DART探测器接近小行星Didymos的渲染图

这样的计划被称为“行星防御”，其目标是识别轨道上任何对地球造成严重破坏的小行星。如果出现这样的威胁，我们将可以采取行动使小行星的轨道发生偏转。行星防御专家认为，这样的撞击是我们唯一可以预防的自然灾难。行星防御计划有望在明年迈出一大步，进行首次撞击实验，以确定这种偏转在现实中是否有用，这要归功于NASA将于本周二发射的“双小行星重定向测试”(DART）任务。

2022年9月底或10月初，重达550公斤的DART探测器将撞上名为Dimorphos的小行星。科学家们将密切关注，并测量撞击使小行星围绕其较大同伴Didymos的轨道加速了多少，获得有关偏转危险小行星轨道的第一手真实数据。Dimorphos约有足球场那么大。

DART探测器最早将于美国当地时间周二晚上10点20分在加州范登堡太空部队基地搭载猎鹰9号火箭发射。它将围绕太阳运行，并将在明年秋天与小行星相撞，届时它们将离地球相对较近。在最后的几个小时里，探测器将会接管航行并实现自动驾驶。

在最后一个小时，DART探测器将发现Dimorphos，并试图以时速2.4万公里的速度与它正面相撞。仅仅是与这样体型较小的天体建立联系就已经是科学上的胜利。NASA的模型表明，猛烈撞击应该足以缩短小卫星的轨道时间约1%，以便让地球上的望远镜探测到变化。

那为什么要撞它而不是把它炸飞？这是因为，炸毁可能含有金属或巨大石块的太空岩石（比如小行星）将引发不可预测的后果。而偏转轨道的方法更为温和，可以确保小行星在未来许多年里在距离地球很远的范围内无害运行。

对地球几乎没有威胁

NASA近地天体研究中心主任保罗·乔达斯（Paul Chodas）表示，在未来50年里，还没有任何已知大到足以对地球造成损害的小行星有重大几率撞到地球。他的团队对小行星和彗星进行分类和跟踪，这些天体的运行轨道使它们有机会进入地球的大致轨道范围，即距离太阳1.95亿公里以内。

图2：NASA阿波罗计划期间宇航员在月球上留下的足迹

大多数已知的小行星都是通过地面光学望远镜发现的，还有些是由名为NEOWISE的红外太空望远镜定位的，该望远镜在近地轨道上探测到小行星的热信号。其中近三分之二的小行星体型小巧，即使它们来到地球上，也会在大气层中燃烧殆尽。但是，有些足够大的小行星非常危险，比如导致恐龙灭绝的那次撞击。

乔达斯说，科学家们已经发现了95%的近地小行星，它们的大小足以造成全球灾难，比如直径1千米或更大。最大的小行星直径超过6千米，不过仍远远小于导致恐龙灭绝、直径达10公里的“巨兽”。

体型更小的小行星仍然会对地球造成很大的区域性破坏，而且用目前的技术很难探测到。模型显示，目前只发现了40%直径140米以上的小行星，比如Didymos和它的小卫星。这远低于NASA确定至少90%的目标。乔达斯说：“有些小行星很狡猾，它们的轨道使得其很难被发现。”

为何NASA选择Dimorphos

小卫星Dimorphos是个理想的撞击目标，因为它十分常见，但位置却很特殊。乔达斯说，它可能是球粒陨石，这是一种常见的小行星，由45亿年前行星形成时遗留下来的岩石和金属碎片组成。没有人确切知道它的形状，但鉴于其更大的体型，如果它朝着地球飞去，人们肯定想要改变其轨道方向。

大约有六分之一的近地小行星通过引力成对或小群联系在一起，就像Didymos和Didymos这样。这就是我们知道这颗小卫星存在的原因：地面上的望远镜每11小时55分钟从Didymos前后经过一次，就会检测到Didymos有规律的变暗和变亮。

DART探测器的正面碰撞预计会使小卫星的速度足够慢，以至于Didymos的引力会将其拉近一点，加速其轨道运行。撞击时从撞击坑飞出的岩石羽状物也可能提供额外的推力。

这种撞击将发生在距离地球1078万公里的地方，大约是地球到月球距离的28倍。这距离足够近，可以进行高速数据传输，也可以让地面上的望远镜探测到小卫星轨道的变化。但它也足够远，整个努力都是一个重大的技术挑战。如果探测器没有撞中，这颗小行星将在几十年内不再靠近。

行星防御技术将被滥用？

尽管这次尝试只是为了降低我们人类步入恐龙后尘的几率，但DART的撞击也将标志着人类与我们生活的太阳系之间的一种全新关系，这可能是个值得纪念的里程碑。

几十年来，人类已经在月球、火星乃至其他天体上留下了足迹。但到目前为止，轨道力学始终没有留下人类的指纹。DART撞击将是太阳系这场永恒之舞上的第一个人类指纹。特拉华大学外太空地理学家艾莉·阿姆斯特朗(Ellie Armstrong)称：“人类可以在太阳系里做任何事情，我们甚至可以让天体偏转方向。”

图3：欧洲航天局Hera任务渲染图，它将研究DART留下的撞击坑

加州大学欧文分校研究行星防御领域的人类学家瓦莱丽·奥尔森（Valerie Olson)表示：“干预小天体的轨道是一件大事。”她指出，行星防御的早期倡导者认识到，这样的任务核心会重新塑造太阳系。

不过，专注于太空的独立批评理论家娜塔莉·特雷维诺(Natalie Treviño）认为：“在紧急情况下，我们能否让小行星转向，这很重要吗？当然重要。但我们看到的是地球正在着火！”特雷维诺将小行星偏转比作在地球上筑坝，这一行动可能会造福人类，但会对整个环境产生更广泛的影响。她问道：“作为人类，我们有权对太阳系进行如此巨大的改变吗？但同时，这又开创了什么先例？”

偏转小行星轨道的努力可能不仅取决于对轨道动力学的影响程度，还取决于谁在做出关于行星防御项目的决定。专家们指出，尽管最糟糕的撞击可能会在小范围内造成破坏，并产生全球后果，但只有少数几个国家有能力考虑启动行星防御任务。

DART任务确实包括国际合作，因为它主要源于NASA和欧洲航天局(ESA)之间多年的讨论。这两个机构最初探索了一项联合任务，最终将发射的DART任务包括由意大利捐赠的微型卫星，随后将是名为Hera的欧空局任务，将在2030年左右对DART撞击进行近距离评估。

当然，行星防御技术就像所有其他曾经开发过的技术一样，也可能会被滥用。奥尔森说：“可以用来偏移天体轨道的技术也可以被武器化。”例如，将行星防御系统颠覆过来。特雷维诺描绘了一个噩梦般的场景，一群人能够劫持一颗小行星作为威胁。

DART是一项精心设计的任务，之所以选择Dimorphos为目标，部分原因是科学家们看不到该任务有任何可能将这颗小行星推上可能撞击地球的路线。但奥尔森说，对于真正的行星防御任务来说，如果真的出了问题，后果可能非常严重，把一场自然灾难变成一场社会灾难，而不是预防任何事情。