美国宇航局行星防御任务,目的防止小行星撞击地球,2022完成目标

王强日常点滴 2023-05-11 09:46:22

2021年,美国宇航局的 DART (双小行星重定向测试)发射升空。该任务目标:通过将 DART 航天器撞向名为 Dimorphos (迪莫弗斯)的小行星来测试一种新的行星防御方法。如果成功,动能撞击会减慢 Dimorphos的运行速度并改变其轨道位置。

太空中,即使物体轨道发生微小变化,也会产生很大的长期影响。 Dimorphos本身不会对我们构成威胁,但从理论上讲,如果我们在危险物体(例如小行星)撞击地球之前就识别出它,我们就可以提前偏移它的运行轨道,这样它就不会撞上地球了。

该任务目标:在小行星撞击地球之前进行识别并偏移小行星的运行轨道避开撞击灾难

从理论上讲,这种技术可以使地球避免像希克苏鲁伯这样的灾难性事件,这颗小行星在 6500 万年前撞击地球造成物种大灭绝,恐龙就是在那个时候灭绝的。

到目前为止,我们已经在地球附近发现了大约 30000 颗直径大于140 米的小行星,这些小行星都不会在短期内撞击地球。但是,科学家估计:还有60% 的直径大于 140 米的小行星仍然未被发现,这些未被发现的小行星对于地球是很大的威胁。

地球附近已发现30000颗小行星,但还有60%直径大于140米的小行星未发现

在这样背景下, DART (双小行星重定向测试)很重要。

2022 年 9 月 26 日,即发射 10 个月后,DART在撞上 Dimorphos(迪莫弗斯小行星)完成了它的设计目标。之后的一段时间里,各种图像和数据源源不断地被科学家收集到, 那么,任务成功 成功了吗?对于这个任务来说, 科学家是如何定义“成功”的?

DART撞上 Dimorphos完成设计目标

DART 代表双小行星重定向测试。 这是美国宇航局和约翰霍普金斯应用物理实验室的一个联合项目,还有意大利、日本和欧洲航天局的参与。阵容强大!

DART 中的“双小行星”指的是一个双小行星系统,一大一小两颗小行星,其中 Dimorphos直径 160 米,它围绕着一颗更大的直径 780 米小行星 Didymos(迪迪莫斯)运行。

DART 中的“双小行星系统“

该系统每2.1 个地球年绕太阳运行一次,并于2022 年 10 月接近地球,距离不到 1060 万公里,这是自2003 年以来最接近地球的一次。这个时候开展DART 任务是最佳时机。

DART 大小与冰箱差不多,重量仅为 610 公斤,与Dimorphos估计的 50 亿公斤重量相比微不足道。

DART 大小与冰箱差不多,重量为 610 公斤

2021 年 11 月 23 日,DART搭载猎鹰 9 号火箭发射升空后, 在接下来的 10 个月中一直在运输途中。

在撞击前的 4 小时内,在 90000 公里的距离处,DART 的内部导航系统接管了任务,在撞击前 90 分钟,导航系统将航天器置于最终轨道上。

当DART 距离 24000 公里时,DRACO 传送回第一张该双小行星系统图像,图中是 Dimorphos 和它的母小行星。

这是DRACO 传送回的第一张该双小行星系统图像

然后, DART 以时速22000 公里飞向Dimorphos 。在这张撞击前 3 秒拍摄的图像中,我们可以看到 Dimorphos就像一堆松散的瓦砾,这是太阳系诞生时留下的。

DART 撞击Dimorphos前 3 秒拍摄的图像

这张照片是 DART 最后传输的图像。 它是在12 公里的距离拍摄的,距离撞击只有 2 秒。

DART 撞击Dimorphos前2秒拍摄的图像

最后,DART 成功完成了它的设计目标。

在DART 撞击之前,NASA 将该任务成功定义为 Dimorphos 的轨道周期至少73 秒的变化。 但最后数据显示: DART 将 Dimorphos 的轨道缩短了整整 32 分钟,从 11 小时 55 分钟缩短到 11 小时 23 分钟。 即使有正负 2 分钟的误差幅度,这也是NASA 基准的 25 倍。

这次撞击释放了 19 兆焦耳的能量,相当于近 5 吨 TNT,并在小行星表面炸出一个宽达 150 米的大坑。

撞击后在Dimorphos表面炸出一个直径150米的大坑

由于轨道力学的原因,撞击将 Dimorphos 推得更靠近Didymos,同时又加速了它的轨道。

科学家通过地球上的光学望远镜(包括智利的南方天体物理研究望远镜)的观测捕捉到这次撞击。包括这张令人叹为观止的照片,照片显示撞击后两天 10000 公里长的碎片痕迹使它看起来像一颗彗星。

望远镜捕捉到撞击后两天 10000 公里长的碎片痕迹看起来像一颗彗星

哈勃望远镜和韦伯望远镜也参与了这次行动。

图中是哈勃望远镜拍摄的相关的一系列图像,显示了羽流在大小和数量上的变化,一些羽状物看起来像小行星发出的射线。

哈勃拍摄到的撞击图像

韦伯望远镜从红外光谱中也捕捉到了图像。 图中是韦伯拍到的撞击释放的类似耀斑物质。

韦伯拍到的撞击图像

在接下来的时间里,科学家们将继续研究 DART 影响的数据。但真正的调查工作将在未来由Hera(赫拉)进行。

Hera 是欧洲航天局目前正在开发的一项任务,计划于 2024 年 10 月发射。Hera携带复杂的仪器有效载荷,包括相机、光谱仪和高度计,将精确记录撞击坑的大小、形状和成分、DART 的影响。

Hera 还将对Dimorphos 的内部和地下结构进行观察。 不仅能促进科学家对双子 Didymos 系统的理解,还会让科学家更细致地了解近地天体的物理特性如何影响动量的传递,以及动能如何传递给近地天体及其喷射的物质。

所有这些都将有助于更好地了解 DART 的动力学影响,并为未来改进偏转技术提供有用的指导。

目前,我们还只是接触到偏转技术的皮毛,但 DART 任务的成功,表明行星防御的未来已经迈出了大胆而充满希望的第一步。

您认为这种技术能避免小行星对地球的撞击吗?我们希望能在评论区看到您的见解?

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