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NASA成功撞擊1100公里外小行星,人類史上首次,主動避免恐龍覆轍,馬斯克亦有貢獻
2023/04/05

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2022年9月,人類完成了首次行星防御演習的撞擊任務:

由NASA發射的DART航天器,成功撞擊距地1100萬千米的一顆小行星。

以往只能在《星際迷航》、《獨行月球》等科幻片里才能看到的場景,這次在現實上演。

而NASA此次演習的目的也與科幻片如出一轍,正是為了防止近地小行星撞擊地球帶來的威脅做準備。

畢竟之前有研究表明,6500萬年前「希克蘇魯伯小行星撞擊」事件直接導致了恐龍的滅絕。

DART的這一猛撞,要做的是改變這顆小行星的運行軌跡,像這樣:

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雖然目前撞擊已經完成,但小行星的軌道是否發生了變化,還需要天文學家進一步通過望遠鏡來測量確定。

不過毋庸置疑的是,此次任務的結果會為科學家們提供制定行星防御計劃的關鍵數據。

若是接下來小行星的軌道被確認發生改變,那這項技術便可以在將來偏移那些可能直奔地球的小行星了。

正如負責NASA此次項目的Lindley Johnson表示:

這不僅對NASA來說是一個振奮的時刻,對航天史和人類歷史亦是如此。

這次演習對我們地球的未來極其重要。

人類史上首次行星防御演習

正如剛才演示中所看到的,DART此次所要撞擊的小行星名叫Dimorphos,直徑約163米。

而它和另外一個直徑約780米的行星Didymos組成了一個雙行星系統(我們暫且稱它們為「孿小星」

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和「孿大星」)。

DART則是用自己19米的身軀,以6.6公里/秒的速度故意撞向孿小星,讓它的軌道速度改變0.1%。

(值得注意的是,這兩顆行星對地球的威脅幾乎為0)

這次DART可謂是「輕裝上陣」,它所使用的唯一儀器便是光學導航相機DRACO。

DRACO將捕獲孿大星和孿小星的圖像,同時還將支持航天器的自主導航系統SMART Nav引導DART進行撞擊。

據NASA科學家Tom Statler所述:

由于我們從來沒有近距離觀察過孿小星,所以它長什麼樣、什麼形狀我們一無所知。

這也是撞擊小行星任務中的難點之一。

而且在撞擊前1小時,孿小星在DRACO視野范圍內僅僅是一個像素的小點點:

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而在撞擊前10分鐘左右,已然可以區分較大的孿大星和較小的孿小星:

隨著距離的逐步逼近,直播間的評論區也是激動不已(原速播放):

倒計時1分鐘左右,當DART成功繞開孿大星,徑直飛向孿小星時:

最后,隨著「3、2、1」

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的倒數,DART成功撞擊孿小星!

NASA指揮中心已然是一片歡呼雀躍的狀態,紛紛高呼「We did it!」。

600kg航天器撞擊50億kg小行星

事實上,在這次書寫歷史的撞擊發生前,DART航天器已經在太空中旅行10個月了。

2021年11月24日凌晨1點21分(美東時間),DART航天器搭載SpaceX的獵鷹9號火箭在加州范登堡空軍基地發射升空。

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升空一個多小時后,DART和火箭的第二級助推器分離,然后進入預定軌道。

在飛離地球之前,DART還圍繞著我們飛了數圈,并在此期間利用電動推進器不斷加速,達到第二宇宙速度(人造天體無動力脫離地球引力束縛所需的最小速度)。

DART是NASA和APL(約翰霍普金斯應用物理實驗室)的一個聯合項目,已耗資約3.25億美元。

這個撞擊小行星的航天器,本身體積并不算大,它的三圍(長寬高)僅為1.8 × 1.9 × 2.6 米,相當于兩個家用衣柜的大小。

△圖源NASA:DART探測器與封裝它的火箭整流罩相比,非常迷你

而其體重僅約670千克,還不到一輛普通SUV的一半。

不過為了自主飛行,DART還搭載了兩塊大型太陽能電池板,當其完全展開時「臂展」

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可達19米左右。

DART航天器在撞擊小行星前,一直都在使用安裝在自己身上的相機DRACO拍攝自己的「太空見聞」。

先前在今年7月,DART已通過DRACO第一次拍到了小行星Didymos,也就是這個雙行星系統中的孿大星。

但是由于DART必須為了這次撞擊「犧牲」,所以還需要一個小助手來記錄下它撞擊瞬間和之后的照片。

而DART的小助手,就是立方星LICIACube。

這家伙外觀看起來就是一個小盒子,它在伴隨DART在浩瀚宇宙中飛行了很長一段時間后,已經和DART分離。

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LICIACube可以用自己的推進系統調整軌道,在撞擊發生的大約3分鐘后飛掠孿小星。

關于這個撞行星的航天器DART,就先說到這里。

到此你也許還會疑惑:那為什麼要選擇Didymos雙星系統來做測驗,而且為什麼還要選小的那一顆來撞呢?

首先,在DART撞擊時,Didymos系統距地球大約1100萬公里。

這個距離就很妙了,可謂「不遠不近」的理想測試地點:

一方面,這相當于約28.6個地月距離,這顆小行星對地球不構成實際威脅,也不必擔心撞擊之后會對我們帶來什麼困擾。

而另一方面,這也僅為地球到火星最近距離的五分之一,所以不用太費力氣就可以觸及。

DART任務組的成員表示,10個月的旅程對于一項太空任務來說是相當快的。

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此外,在這個位置還方便哈勃、韋伯太空望遠鏡、NASA的小行星探測器「露西」,以及地面上的一眾望遠鏡拍攝。

至于為何要選小的這顆,原因之一是這顆小孿星的體積和眾多近地天體類似。

從目前已被發現的近地天體來看,像孿大星這樣直徑大于0.5km的約有120萬個左右;而如果算上孿小星這樣直徑大于0.1km的,數量就直接飆升到了驚人的2500萬以上。

此外,嚴格來講,孿小星算是孿大星的衛星。在撞擊小星后,天文學家們也可以通過觀察大星的明暗變化,比較方便地測算出這次撞擊對小星公轉周期的改變值。

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另外值得注意的是,孿小星只是「相對較小」罷了。(畢竟人家好歹是一顆衛星)

據科學家估算,它重達50億千克,是DART航天器品質的746萬倍左右。

所以關于DART撞孿小星,用任務負責人Nancy Chabot的話來說——

就相當于一輛高爾夫球車撞上胡夫金字塔,它不會把這個小天體撞壞,最多只能輕微改變孿小星的公轉軌跡。

小行星存在的威脅

說到撞擊天體的航天器,DART還真不是第一個。

在此之前,深度撞擊號(Deep Impact)和隼鳥2號(Hayabusa 2)就已經干過這事了。

但它們的目的和DART卻有不同,分別是對了解彗星形成演進以及生命起源產生了重要意義。

而這次DART雖是第三次航天器撞擊天體,但卻是人類首次以「主動出擊」的形式來改變小行星的運動軌跡。

前文提到,據統計,目前已發現超過2500萬個孿小星大小的天體對地球產生著威脅。

從1980年至今的統計來看,近地小行星的發現速度呈指數型增長。

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而且它們移動的速度非常之快,大約是72000公里/小時。

若是以如此品質和速度撞擊地球,就相當于一場約10兆噸級的大爆炸。

人類歷史記錄上最大的爆炸——通古斯大爆炸(1908年),其量級為12兆噸,當年便摧毀了面積達2000平方公里的針葉林,推倒了約8千萬棵樹。

而對于那次的事件,科學界普遍認為是一顆直徑65米左右的石質小行星引發的。

時間更近一些的,例如2013年2月15日,發生在俄羅斯車里雅賓斯克州的天體墜落事件也是令人印象深刻。

當時這顆隕石直徑達到了約16米,它在穿越大氣層時摩擦燃燒,發生爆炸,產生大量碎片,形成了所謂「隕石雨」。

在墜落區域,許多建筑的窗戶玻璃破裂,該事件已造成1200多人受傷。

據科學家們的推測,萬一這顆巨大的隕石真的撞到了薩特卡市,它爆炸起來的威力大約等于50萬噸TNT當量。

因此,也就不難理解NASA為何要執行行星防御演習了。

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