小行星與飛鏢探測器相撞后損失了100萬千克質(zhì)量

相關(guān)研究揭示了美國宇航局飛鏢探測器撞上小行星前的最后時刻。

2022年9月，美國宇航局的雙小行星重定向測試（DART，又稱“飛鏢”）探測器在人類首次行星防御測試中撞上了一顆小行星，有目的地改變了這個天體在太空中的運動軌跡。現(xiàn)在，科學(xué)家已經(jīng)解構(gòu)了這次碰撞的過程及其后果，從而了解到人類向宇宙揮出的這記重拳到底有多成功。

飛鏢探測器其實僅有一輛高爾夫球車大小，但它撞擊的小行星迪莫弗斯足足有大金字塔那么大。根據(jù)研究人員在《自然》雜志上發(fā)表的相關(guān)文章，這次撞擊導(dǎo)致迪莫弗斯環(huán)繞另一個小行星迪迪莫斯運動的軌道縮小——撞擊后，前者繞后者運動一周的時間縮短了33分鐘。這意味著，如果人類未來探測到某顆迎面朝地球飛來的危險小行星，通過與飛鏢探測器類似的撞擊任務(wù)就可能會使它偏離地球。

飛鏢探測器的成功之前已不乏報道。現(xiàn)在，發(fā)表在《自然》雜志上的五項研究揭示了這次撞擊前的最后時刻以及飛鏢探測器對小行星的具體影響。其中一組研究結(jié)合了探測器的軌道數(shù)據(jù)與撞擊前最后一刻小行星表面的照片。當(dāng)飛鏢探測器以超過每秒6千米的速度沖向迪莫弗斯時，率先與小行星接觸的部位是一塊太陽能電池板，它撞到了一塊6.5米寬的巨石并且立刻變得粉碎。幾微秒后，探測器主體撞到了那塊巨石旁邊的巖石表面——就這樣，造價3.3億美元的飛鏢探測器粉身碎骨。

迪莫弗斯原本的質(zhì)量為43億千克，這次撞擊導(dǎo)致它至少濺射出了100萬千克巖石。這些碎片在迪莫弗斯身后形成了一條綿延數(shù)萬千米的尾巴。隨后數(shù)周，各大望遠(yuǎn)鏡都觀察到了這條尾巴在太陽射線的壓力下移動和變化的過程。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡甚至發(fā)現(xiàn)了第二條尾巴，但在撞擊18天后就消失了。

迪莫弗斯寬151米，圍繞一顆更大的小行星迪迪莫斯運行。美國宇航局的目標(biāo)是改變迪莫弗斯的軌道，且改變程度要大到足以讓天文學(xué)家觀測到，具體方式是通過地面望遠(yuǎn)鏡監(jiān)測這兩個小行星亮度隨時間的變化。不過，這兩顆小行星都不會對地球構(gòu)成威脅。

2022年9月6日，飛鏢探測器在接近迪莫弗斯時拍攝的圖像顯示，這顆小行星看起來像是一枚覆蓋著巨石的雞蛋。它似乎就是一堆松散的碎石，引力勉強把它們聚在一起——這意味著，當(dāng)飛鏢探測器擊中它時，它的表面很可能會碎得很徹底。

馬里蘭州勞雷爾市約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室行星科學(xué)家卡羅琳 · 恩斯特（Carolyn Ernst）說，更多細(xì)節(jié)的發(fā)現(xiàn)有助于研究人員理解為什么這次撞擊能如此成功地改變小行星的軌道。

其中一個因素是，探測器擊中了距小行星中心僅有大約25米的位置，從而最大程度發(fā)揮了撞擊的力量。另一個因素是，小行星受到撞擊后產(chǎn)生的大量碎石從撞擊中向外飛出，由此產(chǎn)生的后坐力使小行星進(jìn)一步偏離了之前的軌道。研究人員估計，這種碎石濺射過程為迪莫弗斯提供的動量幾乎可以達(dá)到飛鏢探測器撞擊產(chǎn)生動量的4倍。

研究人員還表示，雖然美國宇航局目前只對一顆小行星使用了這項技術(shù)，但這次任務(wù)得到的結(jié)果可以廣泛應(yīng)用于未來所有可能對地球造成威脅的小行星。弗蘭克 · 馬奇斯（Franck Marchis）是位于加利福尼亞山景城的搜尋地外文明研究所的研究員，他同時也是望遠(yuǎn)鏡制造商“星際宇宙”（Unistellar）的首席科學(xué)官。他表示：“飛鏢任務(wù)的成功意味著如果出現(xiàn)了對地球存在威脅的小行星，我們可以快速設(shè)計一個使其偏離原有軌道的任務(wù)，而且我們知道這很有可能成功。”

“如果你在30年前問我，‘我們能否確信，下周二之后的一周內(nèi)，地球絕不會被一顆巨大的致命小行星毀滅？’我的答案只能是否定的。”飛鏢任務(wù)項目科學(xué)家、在美國宇航局華盛頓總部工作的湯姆 · 斯塔特勒（Tom Statler）補充道。而現(xiàn)在，天文學(xué)家已經(jīng)巡視了整片天空，確定了幾乎所有對地球具有潛在威脅的小行星，而且飛鏢任務(wù)已經(jīng)證明我們?nèi)祟惖拇_有能力主動規(guī)避此類威脅。“因此，即便有新的小行星威脅出現(xiàn)，我們對如何處理也胸有成竹。”斯塔特勒說。

研究人員仍在繼續(xù)研究飛鏢項目發(fā)回的數(shù)據(jù)，以了解更多關(guān)于迪莫弗斯和迪迪莫斯的物理、化學(xué)和地質(zhì)情況。馬奇斯共同領(lǐng)導(dǎo)的業(yè)余天文學(xué)家網(wǎng)絡(luò)也在這項工作中發(fā)揮了舉足輕重的作用。這些業(yè)余天文學(xué)家在飛鏢探測器撞擊迪莫弗斯之前、之中和之后都用望遠(yuǎn)鏡觀測了這兩顆小行星。他們發(fā)現(xiàn)，在撞擊之后，小行星似乎立刻變得明顯更紅。

北亞利桑那大學(xué)（位于弗拉格斯塔夫）行星科學(xué)家克里斯蒂娜 · 托馬斯（Cristina Thomas）在2022年12月的美國地球物理聯(lián)盟會議上報告稱，位于夏威夷的美國宇航局紅外望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)小行星迪莫弗斯后來變成了藍(lán)色。她說：“我們認(rèn)為這可能是因為撞擊導(dǎo)致迪莫弗斯丟失了許多物質(zhì)。”這次撞擊炸碎了小行星本就風(fēng)化了的表面，使它的內(nèi)部暴露了出來，因而使它在撞擊后幾個小時短暫呈現(xiàn)藍(lán)色。

科學(xué)家將在2026年底近距離觀察這次撞擊的結(jié)果。屆時，歐洲空間局的一艘名為“赫拉”的飛船將飛抵迪莫弗斯。研究人員很想知道飛鏢探測器撞擊后在迪莫弗斯表面留下了什么樣的撞擊坑。同時，科學(xué)家還將展開一連數(shù)周的細(xì)致科學(xué)觀測，直到逐漸遠(yuǎn)離地球的迪莫弗斯和迪迪莫斯變得太過昏暗，連許多望遠(yuǎn)鏡都無法看觀測到為止。這兩顆小行星最后會運動到太陽的背面。

托馬斯說：“能持續(xù)觀測這兩顆小行星在撞擊之后的演變過程，實在是太令人興奮了。”

資料來源 Nature