拯救地球：美国宇航局的DART宇宙飞船故意撞向一颗小行星

美国宇航局DART小行星碰撞事件

2022年9月26日，NASA的DART航天器与迪第莫斯（Didymos）双子小行星系统中较小的星体发生碰撞。这个艺术家的动画展示了这次撞击。欧空局的赫拉任务将对撞击后的 "迪第莫斯（Didymos） "进行调查，并评估其轨道是如何被撞击改变的，以便将这一一次性的实验变成可行的行星防御技术。

经过10个月的太空飞行，美国宇航局的双小行星重定向试验（DART）于2022年9月26日星期一成功撞击了其小行星目标。这是美国宇航局首次尝试在太空中移动小行星，也是世界上第一次行星防御技术演示。

位于美国马里兰州劳雷尔的约翰霍普金斯应用物理实验室（APL）的任务控制中心在美国东部时间晚上7点14分（太平洋时间下午4点14分）宣布撞击成功。

作为美国宇航局整体行星防御战略的一部分，DART与小行星迪莫弗斯（Dimorophos）的碰撞展示了一种可行的缓解技术，以保护地球免于被发现的环绕地球的小行星或彗星。

美国宇航局局长比尔·纳尔逊说："在核心方面，DART（双小行星重定向试验）代表了行星防御的一个前所未有的成功，但它也是一个团结的任务，对全人类有真正的好处。在NASA研究宇宙和我们的地球家园的同时，我们也在努力保护这个家园，这种国际合作将科幻小说变成了科学事实，展示了保护地球的一种方式。"。

DART瞄准了小行星月球迪莫弗斯（Dimorophos）。它是一个直径只有530英尺（160米）的小体，围绕着一个更大的、2560英尺（780米）的小行星迪第莫斯（Didymos）运行。这两颗小行星都没有对地球构成威胁。

这次任务的单程旅行验证了美国宇航局可以成功地引导航天器故意撞向小行星以使其偏移。这种技术被称为动能撞击。

现在，调查小组将使用地面望远镜观察迪莫弗斯，以验证DART的撞击是否改变了该小行星围绕迪莫弗斯的轨道。科学家们预计这次撞击将使迪莫弗斯的轨道缩短约1%，或大约10分钟。全面测试的主要目的之一是精确测量小行星被偏转的程度。

托马斯·泽布臣（Thomas Zurbuchen）说："行星防御是一项全球统一的努力，影响到生活在地球上的每个人。"他是位于华盛顿的美国国家航空航天局总部科学任务局的副局长。"现在我们知道，我们可以精确地瞄准航天器，甚至可以冲击太空中的一个小物体。只要它的速度稍有变化，我们就能对小行星的行进路线产生重大影响。"

该航天器只有一个仪器，即用于光学导航的迪第莫斯（Didymos）侦察和小行星相机（DRACO）。然而，与复杂的制导、导航和控制系统一起，与小体操纵自主实时导航（SMART Nav）算法协同工作，DART能够识别和区分两颗小行星，瞄准较小的体。

这些系统引导重达570公斤（1260磅）的箱形航天器通过最后的90000公里（56000英里）的空间进入迪莫弗斯，故意以大约每小时22530公里（14000英里）的速度撞向它，以稍微减缓小行星的轨道速度。DRACO的最后图像，由航天器在撞击前几秒钟获得，显示了迪莫弗斯表面的特写细节。

DART的立方体卫星伙伴意大利轻型小行星成像立方体卫星（LICIACube），在撞击前15天从航天器上部署。LICIACube由意大利航天局提供，其任务是捕捉DART的撞击和小行星产生的喷射物质云的图像。与DRACO返回的图像一起，LICIACube的图像有望提供碰撞效果的视图，以帮助调查人员更好地描述动能撞击对小行星偏转的有效性。然而，LICIACube并没有携带大型天线，所以图像将在未来几周内逐一下传到地球。

"DART的成功为我们保护地球免受小行星破坏性撞击所必须拥有的基本工具箱提供了重要的补充，"NASA行星防御局长林德利·约翰逊说。"这表明我们不再是无力防止这种类型的自然灾害了。再加上我们的下一个行星防御任务--近地天体（NEO）勘测器加速寻找剩余的危险小行星群的增强能力，DART的后继者可以提供我们需要的东西来拯救这一天。"

由于这对小行星距离地球不到1100万公里（700万英里），一个全球团队正在使用驻扎在地球周围的几十台望远镜进行观测。

美国宇航局通常对其空间探测器相当谨慎。但是这一次，对于DART，它是不同的。一个科学家小组现在故意将一艘飞船高速撞向一块翻滚的太空岩石。最后任务成功完成了。

这只是一个测试，一个确定是否可以使小行星偏离其轨道的努力。如果提前发现一个与我们相撞的近地物体，就可以用这种策略来转移它。这个特殊的测试对象被称为迪莫弗斯（Dimorophos），它距离地球大约1095万公里（680万英里）。它实际上是一对小行星中最小的成员。它是其更大的兄弟姐妹迪第莫斯（Didymos）的一个卫星。

DART航天器大约有一台自动售货机那么大，它以每小时22530公里（1400英里）的速度冲向当飞船在最后接近时，DART团队从任务控制中心观看并用欢呼和掌声迎接每个里程碑。"它从一个单独的像素集合，现在你可以看到迪第莫斯（Didymos）的形状、阴影和纹理，随着我们越来越近，你可以看到的速度冲向迪莫弗斯（Dimorophos）的同样情况。这真是太精彩了。"美国宇航局行星科学部主任洛里·格雷兹（Lori Glaze）在撞击前两分钟说。

飞船相机的最后几张照片显示，迪莫弗斯（Dimorophos）是一块略呈蛋形的岩石，到处都是巨石，上面布满了坑洞。图像迅速变大，然后，屏幕上一片空白。失去了信号。这证实了航天器的碰撞，房间里响起了研究人员的呼喊声。

美国宇航局的科学家们认为，这颗小行星被撞凹了，但并没有完全碎裂，他们预计，这次撞击可能稍微缩短了它围绕迪第莫斯（Didymos）的轨道。如果是真的，这将证明与探测器的碰撞可以改变小行星的轨迹。随着天文学家在未来几周内继续研究这对小行星，DART团队将能够评估这种作用到底有多大。

坠毁后不久，美国宇航局局长比尔·纳尔逊向该团队表示祝贺和感谢，他说："我们正在表明，行星防御是一项全球努力，而且非常有可能拯救我们的星球。"

迪莫弗斯的体积偏小，跨度为160米（525英尺），这是大约相当于大金字塔的大小。虽然它从未对地球构成威胁，但在比小行星带更近的轨道上，还有很多类似大小的小行星（和彗星）在扩散，包括一些美国宇航局及其合作伙伴尚未发现的小行星。如果一个更大的太空岩石与我们相撞，人类很可能会走上恐龙的道路。

2005年，美国国会授权NASA寻找直径大于140米（460英尺）的小行星，到目前为止，这个机构已经探测并跟踪了几乎所有真正巨大的近地物体。(一项私人资助的努力也在寻找小行星)但美国宇航局及其合作伙伴已经发现了不到一半的比这更小的小行星，该小行星可能只有40%左右，美国宇航局行星防御协调办公室的项目科学家汤姆·斯特勒说。这些小行星仍然足够大，如果它们撞上地球，可以摧毁整个城市甚至一个国家。

斯特勒（Statler）说："这是我们第一次真正尝试在我们的太阳系中移动一些东西，目的是防止一场潜在的自然灾害，这从一开始就是我们星球历史的一部分。"

DART探测器这个名字是双小行星重定向测试的简称，自2015年以来一直在工作。它由美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室设计、建造和运行，得到了美国宇航局许多中心的支持，并于去年11月发射。DART是AIDA（小行星撞击和偏转评估）的一个主要部分，AIDA是美国宇航局和欧洲航天局之间的合作。这项任务还依赖于亚利桑那州、新墨西哥州、智利和其他地方的天文台；天文学家们正将他们的望远镜对准迪莫弗斯和迪迪莫斯，以尽可能精确地测量撞击后的偏转情况。

直到DART飞行的最后一刻，天文学家们只能看到迪莫弗斯（Dimorophos）和迪第莫斯（Didymos）的一个光点。较小的小行星是如此之小，以至于无法从地球上的望远镜中看到它。但是天文学家可以通过测量它在围绕它的轨道运行时使其较大的兄弟姐妹发出的已经微弱的光线变暗的频率来追踪它。

飞船的最后接近是由它的光学相机拍摄的，它被称为DRACO，与飞过冥王星的新视野号上的相机相似。即使这个更近距离的相机也只能在撞击前几小时看到迪莫弗斯（Dimorophos）作为一个独立的物体。

"因为你进来的速度太快了，只有在最后几分钟内，我们才能看到迪莫弗斯（Dimorophos）的样子。约翰霍普金斯大学的行星科学家、DART的协调负责人南希·洽波特（Nancy Chabot）在撞击前几天接受采访时说："这颗小行星的形状是什么，我们以前从未见过？真的只有在最后30秒内，我们才 能解决小行星的表面特征。"

事实上，直到今天，科学家们还不能真正确定这颗小行星是更像一个台球还是一个尘埃球。"这个月球是一个单一的巨大岩石，还是一个卵石或颗粒的集合？我们不知道，"美国约翰霍布金斯大学（JHU）研究员和DRACO仪器科学家卡洛琳·欧内斯特（Carolyn Ernst）在撞击前说。它的构成可能会影响科学家想要研究的一些变量。撞击会在多大程度上改变小行星的轨迹，是否会留下一个撞击坑，使小行星旋转，或喷射出岩石碎片。

与大多数空间探测器不同，DART在到达目标之前没有减速。当它接近时，它的相机不断拍摄小行星在画面中增长的图像，并通过深空网络将它们发送到地球，这是一个由美国宇航局喷气推进实验室管理的国际天线系统。

这些图像不仅对研究很重要，而且对导航也很关键。人类操作员向DART发送信号需要38秒，或者探测器将图像传回地球也需要38秒。当时间很关键时，有必要让探测器自己来驾驶。在最后20分钟内，它的SMART导航自动系统对目标进行了 "精确锁定"，并利用这些图像用推进器引擎调整航天器的路线。

DART坠入小行星摧毁了航天器，但这只是任务下一阶段的开始：解析它发回的数据并评估其影响，这将需要数月或更长时间。

但是DRACO仪器科学家卡洛琳·欧内斯特（Carolyn Ernst）指出，有一项数据他们不会从航天器上得到。"我们无法对火山口进行成像，因为我们就是火山口。"

迪莫弗斯（Dimorophos）围绕其更巨大的伙伴的特殊轨道将是帮助天文学家测量DART偏转的关键。大多数小行星只是绕着太阳转，所以它们的轨道的微小调整可能需要数年才能注意到。但是DART的碰撞改变了迪莫弗斯（Dimorophos）围绕其伙伴的轨道，而不是小行星的太阳轨道。由于迪莫弗斯（Dimorophos）需要11小时55分钟才能绕过它的邻居，科学家可能只需要几周的时间"来测量多个轨道并评估这种变化。例如，旅程可能会缩短几分钟。洽波特（Chabot）说，这就好比拥有一块稍微偏离的手表。一个星期后，你会发现你有点落后了。

除了这些来自地球上的望远镜的观测结果，再加上来自DRACO的图像，洽波特（Chabot）和她的团队还期待着来自意大利航天局LICIACube的照片，这是一个小型的、公文包大小的航天器，15天前由DART部署。它在撞击后三分钟飞过小行星，试图提供坠落地点的 "事后 "图像。尽管灰尘和岩石碎片云可能会阻挡一张清晰的照片。Chabot说，LICIACube上存储有数据，这些图像将在未来几天和几周内发送回来。

这就是为什么AIDA合作包括欧洲航天局即将进行的Hera任务，该任务计划于2024年10月发射，并将于2026年底与这对小行星会合。通过地面穿透雷达和其他仪器，该航天器将探测DART坠落的后果，并测量小行星的质量和组成，其撞击后的内部结构，以及陨石坑的形状。

Hera的项目经理Ian Carnelli说："为了了解这项技术的效率如何，以及我们是否甚至可以将其用于更大的小行星，如恐龙杀手小行星，我们真的要依靠从Hera获得这些额外的信息。虽然研究人员已经运行了大量关于各种偏转的模型和模拟，但这项实验最终将为他们提供真实的宇宙数据。"

由于与探测器的碰撞只对小行星产生影响，DART技术只有在危险的小行星或彗星朝向地球时有足够的预警时间时才能发挥作用。科学家们将需要提前十年左右知道，以便在小行星过于接近而无法用一点推力使其偏移之前，将探测器定位以迎接太空岩石。(这不会像电影《不要往上看》那样，只有六个月的预警时间）。

最近的民意调查一直显示，美国人将行星防御和气候科学列为美国太空计划的首要任务，比计划中的登月和火星载人任务还要高。考虑到近地小行星和气候变化可能威胁到地球上的每个人，这是可以理解的，这也是为什么科学家必须尝试像DART任务这样的测试。"DART确实是我们可能用来保卫地球的技术的第一次演示，"欧内斯特（Ernst）说。"你可以进行理论研究，你可以在小范围内进行实验室实验。但是这个数据点对于我们了解如果我们看到一个危险，我们实际上可以做什么真的很关键。"