“飛鏢”撞擊小行星

2021年11月23日，美國宇航局“雙小行星重定向?qū)嶒灐憋w船（簡稱“飛鏢”）由美國太空X公司的獵鷹九號火箭搭載，從美國加利福尼亞州范登堡空軍基地升空。“飛鏢”在抵達目的地后，將通過撞擊一顆近地小行星來改變小行星的運動軌道。

“飛鏢”發(fā)射場景

“飛鏢”將撞擊的小行星是戴莫佛斯，它實際上是環(huán)繞一顆近地小行星——戴迪莫斯的一顆衛(wèi)星。用飛行器撞擊小行星是科學家提出的一種行星保衛(wèi)策略，“飛鏢”任務是美國宇航局對該策略的一次全面探索，也是人類首次嘗試以可測量的方式改變一個太陽系天體的運動。

近地天體是指在距離地球4800萬千米的軌道內(nèi)運行的小行星和彗星。探測可能對地球造成危害的近地天體，是世界各地航天機構的一項主要目標。

在希臘文中，戴迪莫斯意為“孿生子”。對于直徑近800米的小行星戴迪莫斯和環(huán)繞它的直徑為160米的衛(wèi)星（也是一顆更小的小行星）戴莫佛斯來說，“孿生”一詞很合適。這個雙星系統(tǒng)由一位美國行星學家（也是“飛鏢”團隊成員之一）在20年前發(fā)現(xiàn)，他當時就建議把這顆衛(wèi)星命名為“戴莫佛斯”。

之所以在2021年11月23日發(fā)射“飛鏢”，是因為這個時機的選擇便于實現(xiàn)這個目標：到2022年9月戴迪莫斯和戴莫佛斯相對靠近地球（距離地球在110萬千米以內(nèi)）時，“飛鏢”能以每小時2.414萬千米的速度撞向戴莫佛斯。屆時，“飛鏢”搭載的達科相機和自動導航軟件將有助于“飛鏢”探測和撞擊戴莫佛斯。達科是“戴迪莫斯勘查及小行星光學導航相機”的簡稱。此次撞擊將由意大利航天局提供的“意大利小行星成像輕型立方體衛(wèi)星”來記錄，該立方體衛(wèi)星也是意大利航天局的首部深空飛行器。

組裝過程中的飛鏢探測器

飛鏢探測器全貌（想象圖）

調(diào)試飛鏢探測器

該立方體衛(wèi)星將由“飛鏢”搭載，在“飛鏢”撞擊戴莫佛斯之前它將與 “飛鏢”分離，然后記錄撞擊情況。在“飛鏢”撞擊戴莫佛斯之后3分鐘，立方體衛(wèi)星將飛近戴莫佛斯以抓拍圖像和視頻。這些圖像和視頻數(shù)據(jù)將被傳回地球，科學家將把這些數(shù)據(jù)與地面望遠鏡記錄的撞擊前后數(shù)據(jù)進行比較，由此確定戴莫佛斯的軌道周期改變程度。

在此次撞擊發(fā)生三年后，歐洲空間局（簡稱歐空局）的赫拉飛行器（簡稱赫拉）將對戴迪莫斯和戴莫佛斯實施跟蹤觀測。

戴莫佛斯之所以被選定為“飛鏢”的撞擊對象，是因為它的大小與那些可能危及地球的小行星相當。但無論是戴莫佛斯還是戴迪莫斯，其本身都不會對地球構成威脅。

“飛鏢”的尺寸就連戴莫佛斯的1%都不到，因此“飛鏢”對戴莫佛斯的撞擊根本不可能消滅后者，而只是會讓后者環(huán)繞戴迪莫斯的軌道發(fā)生一點點偏移。這次快速撞擊將會讓戴莫佛斯的軌道速度改變1%，軌道周期改1分鐘以上。地面望遠鏡可能得以觀測并記錄這一改變。

“飛鏢”任務圖解

戴莫佛斯每11小時55分鐘環(huán)繞戴迪莫斯一圈。如果“飛鏢”對戴莫佛斯的撞擊成功，后者的軌道周期改變幅度至少為73秒。通過測量“飛鏢”與戴莫佛斯之間的動能轉(zhuǎn)移，科學家就能知道需要多少動能才能改變小行星的軌道。換句話說，如果有朝一日科學家發(fā)現(xiàn)一顆小行星正位于將與地球相撞的軌道上，那么就可以通過發(fā)射一部飛行器去撞擊這顆小行星，從而讓它偏離與地球相撞的軌道。

雖然目前尚未發(fā)現(xiàn)任何可能與地球直接相撞的小行星，但科學家們已發(fā)現(xiàn)了超過2.7萬顆形狀、大小不等的近地小行星。行星保衛(wèi)（也就是保衛(wèi)地球）的關鍵是及早發(fā)現(xiàn)那些有撞擊地球傾向的近地天體，然后稍微改變它們的軌道速度，這樣就能改變它們的未來軌道，讓它們不再位于與地球相撞的路徑上。

為什么赫拉要在這次撞擊的三年后才去測量戴莫佛斯的物理特性呢？三年的時間難道不是太長了嗎？其實，之所以要等這么久，是因為過去的教訓。2005年7月，美國宇航局的深空撞擊號飛行器發(fā)射了一枚重達370千克的銅錠，去撞擊坦普爾一號彗星。但因為此次撞擊產(chǎn)生大量的塵埃和碎冰，該飛行器當時沒能發(fā)現(xiàn)撞擊坑。幸好，美國宇航局的星塵號飛行器（簡稱星塵號）在2011年發(fā)現(xiàn)了這個直徑達150米的撞擊坑。