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DART任务的成功,使人类又获得一项掌握自己命运的技能

2022年9月27日,DART(飞镖)探测器主动撞进一枚小行星,在此过程中自身完全毁灭。这次撞击的成功使人类在宇宙探索中又掌握了一项新技能。

DART使人类或许有能力保护自己和地球免受危险小行星破坏

DART 全称 Double Asteroid Redirection Test。因为本次碰撞测试的目标物是一个孪生小行星系统中质量较小的那颗小行星。测试目的期望通过碰撞小星,改变它的运行速度和公转时间,从而影响整个双星系统的运行轨迹。

【Didymos 孪生小行星系统】 – 由两颗小行星组成,大的那颗叫做 Didymos(狄迪墨斯,中文名“孪大星”),直径约780米;小的名为 Dimorphos(狄墨尔弗斯,又称“孪小星”),直径只有约160米。孪小星绕孪大星每12小时公转一圈。

Didymos 孪生小行星系统 (Didymos与Dimorphos)

Didymos 孪生小行星系统 (Didymos与Dimorphos)

小行星撞击地球的可能性

人类研究地球的地层信息,推测发生在6500万年前,造成恐龙灭绝,就是一次小行星撞击地球的结果。

恐龙灭绝的假想图

恐龙灭绝的假想图

1908年6月30日上午7时17分(格林威治标准时间1908年6月30日0:17)发生在现今俄罗斯西伯利亚克拉斯诺亚尔斯克边疆区(原埃文基自治区)的 通古斯大爆炸(俄语:Тунгусский метеорит),也被认为是一次陨石空爆事件。

当时估计爆炸威力相当于2千万吨TNT炸药,超过2,150平方公里内的8千万棵树焚毁倒下。目击者的报告表明事件中至少有3人死亡。

通古斯大爆炸

通古斯大爆炸

2013年2月15日,俄罗斯车里雅宾斯克附近一枚火流星在乌拉尔联邦管区南部上空进入地球大气层,开始燃烧,最终在车里雅宾斯克市上空爆炸。这枚陨石直径只有17米左右,质量约7000吨,爆炸高度估计在30-70千米范围内。这样一颗小陨石,其空爆效果造成的气爆冲击波却造成了近1500人不同程度受伤。

2013年2月15日 火流星空爆

2013年2月15日 火流星空爆

地球被小行星撞击的可能性有多大呢?以下表格是目前对运行轨道可能靠近地球的小行星的统计信息。

小行星直径 可能性 大约数量 已侦测百分比 造成的破坏程度
25米 100年一遇 500万颗 0.4% 在空中爆炸可造成伤亡
140米 2万年一遇 2500颗 39% 1-2千米的陨石坑
1千米 50万年一遇 930颗 95% 10千米陨石坑,全球灾难
10千米 1至2亿年一遇 4颗 100% 100千米陨石坑,生物大灭绝

人类其他行星防御计划

在DART项目之前,人类所进行工作主要是对近地小行星观测,借助各种天文望观测设备,希望能够全面、及时的发现和分析所有可能对地球造成威胁的小行星。

截止2021年,近地小行星发现总数达到27834颗,其中仅2021年一年发现3095颗。

  • 卡特琳娜(Catalina) 1408颗,发现占比45.5%;
  • 泛星计划(Pan-STARRS) 1286颗,发现占比41.6%;
  • 地球撞击末端告警系统(ATLAS) 163颗,发现占比5.3%;
  • NEOWISE天基红外望远镜 11颗,发现占比 0.36%;
  • 所有其他的望远镜 227颗,发现占比 7.3%。

2021年,共发现了5颗直径公里级的近地小行星,总数量达到 889 颗。而理论上,直径公里级近地小行星大概930颗左右。这意味着,还有 40 多颗直径公里级近地小行星尚未被发现,这些未被发现的小行星都将可能成为对人类的威胁。

DART(飞镖)计划

2020年11月24日,DART探测器由SpaceX的猎鹰9号火箭送入宇宙。经过约10个多月的漫长旅途,DART将撞击一颗名为Dimorphos(狄墨尔弗斯,又称“孪小星”)的小行星,该小行星围绕一颗更大的小行星Didymos运行。

NASA希望在撞击作用下,Dimorphos小行星的轨道和速度都能发生改变——Dimorphos在撞击后将沿着一条新的路径围绕Didymos运行,而不是撞击前的路径。地面上的望远镜将通过测量Dimorphos的轨道周期的变化来测量这条新的路线。

DART计划示意图

DART计划示意图

“DART飞镖”带有摄像头,在与"孪小星"碰撞的过程中,每秒会传回一张照片,直到最终相撞。“DART飞镖”还带有一个次要载荷,是一台意大利制造的立方卫星 (CubeSat),名为 LICIACube,在撞击发生前的10天脱离 DART 主体,用于临时的图像采集观测工作。立方卫星属于“用后即抛”,传回数据后无法回收,成为太空垃圾。

DART碰撞前近距离拍摄的Dimorphos小行星

DART碰撞前近距离拍摄的Dimorphos小行星

“DART飞镖"的大小只相当于一辆小型汽车,重量550千克左右,属于非常轻量、低功能的飞行器。它主要载荷只有少量导航和传感用的传感器,一枚长距离太空观测摄像机。机载的离子推进器可以进行姿态调整,保证最终朝着小星撞去。

虽然"DART飞镖"的载荷很少,但是其中一些是首次被应用在飞行器上。导航系统 是首次采用的全新的自动光学导航系统 SMART Nav,通信系统 也是首次采用径向螺旋形线路槽阵列 (Spiral RLSA) 天线

自动光学导航系统(SMART Nav),无需操作员的协助也可以自动导航到预定目标,并且在抵达目标范围后,在准备开始撞击到撞击发生之间的几个小时内,SMART Nav 也可以实现自动导航、姿态调整等。

径向螺旋形线路槽阵列 (Spiral RLSA) 天线,是一种专门用于深空通讯的高增益天线,能够用深空网络 (Deep Space Network) 的X频段维持 DART 和地面之间的通讯。

最终DART以超过22500公里/小时的速度撞向小行星,之后的数周内科学家们将持续观察和收集数据,判断碰撞对“栾小星”以及整个双星系统的影响。“LiciaCube”的小立方星收集的数据将会在之后几天内传送回地球。

DART的意义

一旦被验证这次碰撞的有效性,将意味着人类又获得了一项新技能。

这项技能近期看,将使人类拥有主动行星防御的能力,避免如恐龙灭绝的悲剧在人类生活的地球上再次出现。从长远看,未来人类将可以按照自己的意愿,进行更大规模的宇宙星体“调整”。

但是这些看似微小的影响和改变,对于整个太阳系在长时间跨度上会产生什么样的影响,确需要人类仔细考量和评估。