新的NASA DART数据证明了小行星偏转作为行星防御策略的可行性

美国宇航局的双小行星重定向测试(DART)是地球首次尝试发射航天器，故意与小行星相撞并偏转小行星作为行星防御技术。26 年 2022 月 <> 日，DART 航天器与一颗名为 Dimorphos 的小行星卫星相撞，该卫星围绕一颗名为 Didymos 的较大小行星运行。这两颗小行星都没有对地球构成威胁，但它们代表了类似的天体，有朝一日可能会接近并危及地球。

在 1 年 2023 月 <> 日发表在《自然》杂志上的四篇论文中，DART 团队(包括马里兰大学的天文学家)详细介绍了 DART 的成功影响、碰撞背后的可能物理学、对从小行星喷射产生的碎片的观测以及对 Dimorphos 轨道变化的计算。这些发现证实了将小行星等近地物体重定向作为行星防御措施的可行性。

“我们还不能阻止飓风或，但我们最终了解到，我们可以通过足够的时间，警告和资源来防止小行星撞击，”UMD天文学教授兼DART调查工作组负责人德里克理查森说。“如果有足够的时间，小行星轨道上相对较小的变化将导致它错过地球，防止我们的星球发生大规模破坏。

DART任务比预期的更成功

理查森和他的UMD天文学系同事Jessica Sunshine教授和首席研究科学家Tony Farnham在研究DART任务将小行星从地球路径偏转的有效性方面发挥了关键作用。

法纳姆在计算准确解释事件观测所需的几何条件和尺寸方面发挥了重要作用。利用航天器工程师和Didymos侦察和小行星光学导航相机(DRACO)的数据，Farnham帮助确定了DART航天器在接近Dimorphos时正在观察什么。

“在处理航天器的观测时，我们需要了解航天器相对于小行星，太阳和地球在太空中的位置以及它在任何给定时间的朝向，”法纳姆解释说。“有了这些信息，我们就有了做出猜想和评估我们工作的背景。

由于Farnham的工作，DART团队获得了有关撞击的一般时间表，撞击地点的位置和性质以及Dimorphos的大小和形状的重要信息。令研究小组惊讶的是，他们发现这颗小行星是一个扁球体，或者是一个稍微压扁的球状物体，而不是理论预测所期望的更细长的形状。

“Didymos和Dimorphos的形状都比我们预期的更柔软 - 看起来更像花生酱M&Ms，而不是花生M&Ms，”Sunshine说。“这种形状也挑战了我们对这种小行星如何形成的一些先入之见，并使DART背后的物理学复杂化，因为它促使我们重新思考我们目前的二元小行星模型。

除了Dimorphos的不规则形状外，科学家们还注意到小行星的表面明显是巨石和块状的。这种地貌质量可能影响了陨石坑的形成、喷出物的数量和物理特性(撞击中排出的碎片)以及类似DART撞击的动量。

Sunshine曾担任UMD领导的NASA深度撞击任务的副首席研究员，他观察到这些不同的质地质量导致了不同的撞击结果 - 这对于评估DART航天器如何成功地将Dimorphos从其原始轨道重定向至关重要。

“深度撞击任务与一颗彗星相撞，彗星表面由小的，大部分均匀的颗粒组成，”阳光解释说。“深度撞击导致碎片的扇形比DART撞击砾石地形后看到的丝状结构更均匀。事实证明，DART引起的喷射物的运动确实对DART任务的成功产生了深远的影响。

撞击碎片的额外推动缩短了Dimorphos的轨道

DART航天器并不是与Dimorphos撞击的唯一动力提供者;另一个推搡是由航天器撞击小型小行星卫星时猛烈喷出的碎片引起的。

“撞击喷出的碎片如此之多，与单独被DART航天器击中相比，Dimorphos被推动的效率大约高出3.5倍，”理查森解释说，他帮助计算和验证了DART航天器和Dimorphos之间转移的动量。

根据计算小行星喷射方向的法纳姆的说法，当研究小组测量小行星的轨道变化超过团队更保守的预期时，这一发现得到了证实。轨道周期的差异，或者一个天体完成围绕另一个物体旋转所需的时间长度，表明Dimorphos围绕Didymos的轨道已经改变。

“在撞击之前，我们预计撞击只会将Dimorphos的轨道缩短约10分钟，”Farnham说。但在撞击之后，我们了解到轨道周期进一步缩短，将通常12小时的轨道减少了30多分钟。换句话说，喷射的物质充当了喷射器的作用，将月球进一步推离其原始轨道。

赫拉任务的后续行动

DART任务代表了针对小行星等近地物体制定适当的行星防御战略的重要第一步。

DART团队预计，即将于2024年2026月发射的欧洲航天局Hera任务将揭示有关DART撞击地点的更多信息。到27-<>年，赫拉航天器将重新访问包含Dimorphos和Didymos的双小行星系统，并首次评估两颗小行星的内部特性，对DART撞击对系统的影响以及太阳系形成背后的地球物理学提供更详细的分析。

“我们仍然对Dimorphos和Didymos知之甚少，因为我们只看到了外面，”Sunshine说。“他们的内部结构是什么样的?两者之间的孔隙率有差异吗?这些是我们需要回答的问题类型，以真正了解我们的偏转有多有效，以及像这些小行星这样的天体是如何形成和演化的。

虽然Hera任务仍处于建造阶段，但DART及其前身(如Deep Impact)的研究仍然提供了丰富的信息，说明人类如何开发其他方法来保护地球免受小行星和彗星的侵害。由于已故杰出大学天文学教授Mike A'Hearn领导的动力学撞击测试计划和行星防御研究的遗产，UMD天文学家具有评估和推进行星尺度撞击实验的独特能力。理查森，阳光，法纳姆和他们的同事希望通过继续帮助开拓缓解小行星威胁的新方法来纪念导致DART的工作。

“这些论文只是关于DART任务发表的第一批结果，”法纳姆说。“但目前正在进行数十项研究，这将有助于我们进一步了解对行星防御的影响和影响，同时发现更多有趣的现象。

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