“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?yàn)”飛船（簡稱“飛鏢”）由美國太空X公司的獵鷹九號(hào)火箭搭載，從美國加利福尼亞州范登堡空軍基地升空?！帮w鏢”在抵達(dá)目的地后，將通過撞擊一顆近地小行星來改變小行星的運(yùn)動(dòng)軌道。

“飛鏢”發(fā)射場(chǎng)景

“飛鏢”將撞擊的小行星是戴莫佛斯，它實(shí)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(xué)家提出的一種行星保衛(wèi)策略，“飛鏢”任務(wù)是美國宇航局對(duì)該策略的一次全面探索，也是人類首次嘗試以可測(cè)量的方式改變一個(gè)太陽系天體的運(yùn)動(dòng)。

近地天體是指在距離地球4800萬千米的軌道內(nèi)運(yùn)行的小行星和彗星。探測(cè)可能對(duì)地球造成危害的近地天體，是世界各地航天機(jī)構(gòu)的一項(xiàng)主要目標(biāo)。

在希臘文中，戴迪莫斯意為“孿生子”。對(duì)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(gè)雙星系統(tǒng)由一位美國行星學(xué)家（也是“飛鏢”團(tuán)隊(duì)成員之一）在20年前發(fā)現(xiàn)，他當(dāng)時(shí)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?yàn)檫@個(gè)時(shí)機(jī)的選擇便于實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)：到2022年9月戴迪莫斯和戴莫佛斯相對(duì)靠近地球（距離地球在110萬千米以內(nèi)）時(shí)，“飛鏢”能以每小時(shí)2.414萬千米的速度撞向戴莫佛斯。屆時(shí)，“飛鏢”搭載的達(dá)科相機(jī)和自動(dòng)導(dǎo)航軟件將有助于“飛鏢”探測(cè)和撞擊戴莫佛斯。達(dá)科是“戴迪莫斯勘查及小行星光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)”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(cè)器

飛鏢探測(cè)器全貌（想象圖）

調(diào)試飛鏢探測(cè)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(xué)家將把這些數(shù)據(jù)與地面望遠(yuǎn)鏡記錄的撞擊前后數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)戴迪莫斯和戴莫佛斯實(shí)施跟蹤觀測(cè)。

戴莫佛斯之所以被選定為“飛鏢”的撞擊對(duì)象，是因?yàn)樗拇笮∨c那些可能危及地球的小行星相當(dāng)。但無論是戴莫佛斯還是戴迪莫斯，其本身都不會(huì)對(duì)地球構(gòu)成威脅。

“飛鏢”的尺寸就連戴莫佛斯的1%都不到，因此“飛鏢”對(duì)戴莫佛斯的撞擊根本不可能消滅后者，而只是會(huì)讓后者環(huán)繞戴迪莫斯的軌道發(fā)生一點(diǎn)點(diǎn)偏移。這次快速撞擊將會(huì)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(yuǎn)鏡可能得以觀測(cè)并記錄這一改變。

“飛鏢”任務(wù)圖解

戴莫佛斯每11小時(shí)55分鐘環(huán)繞戴迪莫斯一圈。如果“飛鏢”對(duì)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(cè)量“飛鏢”與戴莫佛斯之間的動(dòng)能轉(zhuǎn)移，科學(xué)家就能知道需要多少動(dòng)能才能改變小行星的軌道。換句話說，如果有朝一日科學(xué)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(xué)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(guān)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(cè)量戴莫佛斯的物理特性呢？三年的時(shí)間難道不是太長了嗎？其實(shí)，之所以要等這么久，是因?yàn)檫^去的教訓(xùn)。2005年7月，美國宇航局的深空撞擊號(hào)飛行器發(fā)射了一枚重達(dá)370千克的銅錠，去撞擊坦普爾一號(hào)彗星。但因?yàn)榇舜巫矒舢a(chǎn)生大量的塵埃和碎冰，該飛行器當(dāng)時(shí)沒能發(fā)現(xiàn)撞擊坑。幸好，美國宇航局的星塵號(hào)飛行器（簡稱星塵號(hào)）在2011年發(fā)現(xiàn)了這個(gè)直徑達(dá)150米的撞擊坑。