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为防地球毁灭 美国宇航局(NASA)拟用飞船撞击小行星攒经验
2021/9/9 17:21:23 | 浏览:118 | 评论:0

6500万年前小行星撞击地球导致恐龙灭绝,因为它们没有预警机制,也没有办法保护自己。显然,人类在竭力避免与恐龙同样的命运。

为此,今年晚些时候,美国宇航局(NASA)将启动一项任务,以演练如何让未来可能撞击地球的小行星偏离轨道。这项任务名为“双小行星重定向测试”(DART),无人飞船计划最早于11月24日(最晚2022年2月)发射,并将花费1年时间到达目标——Dimorphos。这颗小行星的体积约与体育场相当,围绕着名为Didymos的更大小行星运行。

NASA计划用汽车大小、重约330千克的DART飞船以每秒6.5公里的速度撞击Didymos,使其围绕Didymos旋转近12小时的轨道时间改变几分钟。五年后,欧洲航天局Hera任务飞船将抵达现场,检查任务是否成功。撞击只会对Dimorphos轨道产生很小的影响,但这应该足以让小行星在未来偏离撞向地球的轨道。NASA DART项目科学家汤姆·斯塔特勒(Tom Statler)说:“我们这样做是为了有能力防止一场真正的灾难。”

为防地球毁灭 美国宇航局(NASA)拟用飞船撞击小行星攒经验

科学家们已经对Dimorphos轨道的潜在变化进行了充分的研究。但到目前为止,我们还不知道撞击后Dimorphos自身会发生哪些变化。由马里兰大学教授哈里森·阿格鲁萨(Harrison Agrusa)领导的研究人员,通过计算撞击的动量如何改变小行星的翻滚、俯仰角和偏航,模拟了Dimorphos自身的变化。结果可能是戏剧性的,阿格鲁萨称:“它可能开始旋转并进入混乱状态。”

这种意想不到的旋转带来了许多有趣的挑战,比如这将增加在这颗小行星上着陆的难度。欧洲航天局希望在其赫拉任务中使用两个小型航天器尝试着陆这颗小行星。它还可能使未来试图使撞向地球的小行星偏离轨道更加复杂,因为任何旋转都可能影响小行星在太空中的路径。

当DART飞船撞上Dimorphos时,其冲击能量相当于三吨TNT炸药爆炸,将数千块碎片喷向太空。斯塔特勒教授描述称,这就像高尔夫球车以2.4万公里的时速撞向足球场。阿格鲁萨和他的团队表示,撞击的力量不会立即对Dimorphos的旋转造成任何改变,但在几天内,情况将开始剧变。

很快,Dimorphos就会开始轻微摇晃。这种摆动幅度会越来越大,因为来自撞击的动量使Dimorphos的旋转失去平衡,而真空中没有摩擦来减缓它的速度。Dimorphos可能会开始向单个方向旋转,也可能会沿着类似烤肉架的长轴旋转。对于观测者来说,这颗看似平静的卫星将呈现出一种新的形态,开始剧烈地前后摆动,它先前隐藏的侧面将显现出来。

在几周内,Dimorphos的旋转会变得更剧烈,以至于它会陷入混乱的翻滚状态无法控制地绕着其轴旋转。在更极端的情况下,Didymos的潮汐效应可能会被完全打破,Dimorphos可能会开始彻底翻转。

具体会发生什么取决于许多因素。Dimorphos的形状将发挥重要作用:如果它更细长而不是球形,它会旋转得更混乱。到目前为止,雷达观测显示Dimorphos是细长型,但我们要等到DART飞船击中它的前几个小时才能知道。

撞击位置同样很关键。DART飞船将瞄准Dimorphos的中心,目标是施加最大的力量以改变其轨道。但撞击点越偏离中心,Dimorphos产生的自旋就会越混乱。然而,在大多数情况下,Dimorphos应该在数周内戏剧性地来回摆动或在多个方向翻滚。

五年后,当欧洲航天局的航天器到达时,场面可能会相当戏剧化。由于人类的影响,Didymos可能在其轨道上疯狂旋转。很可能需要几十年甚至几个世纪的时间,Didymos的引力才能将Dimorphos恢复到它原来的状态,也就是被潮汐锁定的状态。

赫拉航天器的到来将是我们确定Dimorphos自身发生何种变化的唯一途径,因为DART飞船将被撞击摧毁,而Dimorphos太小,从地球上无法详细观测到。意大利制造的LICIACube小型卫星将在撞击发生前部署,并将在撞击呼啸而过时拍摄图像,但它只能拍摄几分钟图像,不足以观察到撞击的后续影响。

赫拉任务还计划部署两颗较小的卫星,试图在Dimorphos表面着陆。翻滚的运动预计不会阻碍这些努力,但可能会使它们更加困难。如果没有应对这种混乱旋转进行适当的规划,这颗卫星可能会四处弹跳,最终无法到达科学家想要的位置。法国国家科学研究中心(CNRS)的帕特里克·米歇尔(Patrick Michel)说:“无论如何,在这么小的天体上着陆是很困难的。”

Dimorphos的旋转运动预计不会影响DART飞船为拯救地球而进行的彩排,也不会对地球构成任何危险,但却会提供许多科学上有用的信息。小行星的自旋状态可能会影响其他性质,比如它们反射多少阳光,这可能会影响它们的轨道,这可能也是未来小行星轨道偏转任务中需要考虑的因素。西安大略大学天文学家保罗·维格特(Paul Wiegert)说:“这可不像让飞船撞到小行星那么简单,你需要理解很多物理知识。”

对这个系统进行多年、几十年甚至几个世纪的观察,也将给我们一个前所未有的机会,来看看双小行星系统在经历这样的撞击后会发生怎样的变化。赫拉任务航天器可以观察到,在使系统恢复正常状态的过程中潮汐效应有多强,并帮助我们理解像这样的两颗小行星之间的引力关系

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