科技 | NASA太空船为何要撞击小行星详解

在我们星球的历史上，地球可能第一次具备了在小行星面前的防御能力。

美国国家航空太空总署（NASA）于当地时间26日成功进行了双小行星重定向测试（double asteroid redirection test, 简称DART），执行任务的宇宙飞船成功撞击了一颗名为迪莫弗斯（Dimorphos）的小行星，目的是改变它的轨道，验证通过动能撞击方式偏转近地小行星的可能性。如果迪莫弗斯的轨道发生改变，这将是人类首次改变太空中自然天体的运动。

小行星撞地球，地球能反击吗？

太阳系中许多大大小小的成员身上都带有小行星撞击的伤痕，事实上，地球生命演化初期就受到了彗星和小行星撞击的影响。对地球人来说，最著名的一次是在6600万年前，一颗6英里宽的小行星撞击尤卡坦半岛，引发了大规模的物种灭绝，非鸟类恐龙因此消失。

如今，在我们星球的历史上，地球可能第一次具备了在小行星面前的防御能力。

2021年11月23日，NASA发射了DART飞船。2022年9月26日晚7点14分，这辆高尔夫球车大小的宇宙飞船以超过2.4万公里的时速，撞上了160米宽的小行星迪莫弗斯。迪莫弗斯以11小时55分钟的周期绕着另一颗更大的小行星迪戴弗斯运行，科学家预计，如果撞击达到预期效果，迪莫弗斯的轨道将发生变化，旋转周期将会缩短数十秒至数分钟。

这是一次耗资3.3亿美元的“自杀式袭击”，DART在这次撞击中被毁，而它的“殉难”承载着重大意义：测试可用于避免未来小行星撞击的技术手段。不同于地震或火山，小行星撞地球这样的“天灾”提前多年就能预测。科学家判断，数百年内都不会有已知的小行星与地球相撞，但地球进入“太空靶场”只是时间问题，与小行星的碰撞迟早会发生。

“在好莱坞电影里，小行星撞地球这样的灾难极具戏剧性和娱乐性。现实世界中我们可不想身处这种情况。”NASA行星防御官员林德利·约翰逊（Lindley Johnson）如是说。

近地天体的潜在威胁

DART项目并非行星防御计划的全部。提前预测灾难到来、为人类赢得足够的时间才是关键。数十年来，NASA和其他太空机构一直在寻找那些路径可能穿过地球轨道的小行星，预测它们未来的运动轨迹，以了解人类可能会面临的风险。

到目前为止，天文学家已经发现了890颗直径超过1公里的近地小行星，占到了预期总数的95%以上。至少在接下来的几个世纪之中，它们都不会构成撞击风险。但个头更小的天体也不能忽视：小至140米宽的小行星仍可能摧毁美国一个州那么大的区域，其中很多都逃过了人类的眼睛。计算机模型显示，大约有2.5颗直径达到140米的近地小行星，而截至2021年底，我们只发现了大约1万颗。

 未来NASA计划发射的高科技“火眼金睛”——近地天体测量仪，能帮助人们更快发现这些太空中的小小流浪儿。如果有朝一日，天文学家发现其中一颗小行星的轨道将与地球相交，人类采取的策略就将取决于我们有多少提前量。

如果距离大型小行星撞击仅有几个月时才发现，我们唯一的选择就是在该天体旁边引爆核武器，爆炸产生的X射线会蒸发小行星表面物质，产生推力来改变它的轨道。

如果提前好几年就预测到一颗不太大的小行星将撞击地球，那么就不需要动用核武器了。届时就可以派出像DART这样的高速宇宙飞船与小行星相撞，稍微调整其轨道，一点微小的偏差就足以解除地球的危机了。

负责建造DART的团队花了十多年的时间才确定这次“自杀式袭击”的安全性：毕竟，在太阳系内改变天体运行轨道可能产生无法预见的后果，比如无意中反而导致本来无害的天体轨道与地球相交。为了避免这种风险，DART选择了无辜的迪莫弗斯作为打击目标，仅调整它绕着“伴侣”迪戴弗斯转的轨道，而它绕太阳公转的轨道不受影响。此外，选择迪莫弗斯也是为了研究它所在的双星系统。大约10%-15%的小行星都是双星系统，因此地球未来面对的主要小行星威胁很可能是双星。

DART“牺牲”之后呢？

在DART旅程的大部分时间，它都没什么可做的：尽管近一年前就已经出发，但DART一直要到撞击前4个小时才能看到迪戴弗斯。至于撞击目标迪莫弗斯，要到撞击前1个小时才出现在DART的视野；撞击前2分钟、距离迪莫弗斯500英里时，这颗小行星在DART眼中只有41个像素大。用任务系统工程师艾琳娜·亚当斯（Elena Adams）的话来说，这就像在纽约市的肯尼迪机场，往华盛顿杜勒斯机场扔飞镖。

与好莱坞大片中拯救地球的情节不同，DART并不会炸毁迪莫弗斯，只是轻轻一推。目前，科研团队只知道DART击中了目标。迪莫弗斯究竟是一大块巨石还是一个松散的瓦砾堆、DART是坠落在巨石上还是软质土壤上，对撞击效果都将有重要影响。由于迪莫弗斯的质量、形状和成分仍然未知，暂时不能准确了解这一推究竟能产生多大的作用。

DART在最终“壮烈牺牲”之前，将尽可能多地回传迪莫弗斯的图像，记录其地形地貌，方便后续评估撞击效果。未来几周之内，布署在七大洲的地面望远镜都将盯紧迪莫弗斯，精确测量它的运行轨道。最终，“自杀式袭击”的成功标准是将迪莫弗斯的旋转周期缩短73秒，而DART团队预测，他们的小勇士最多可以将迪莫弗斯的脚步拖慢10分钟之多。

DART的最后时刻并不孤单。意大利宇航局建造的小型宇宙飞船LICIACube立方星在撞击后165秒掠过迪莫弗斯，拍摄小行星受撞击的表面和喷射出的碎片羽流，甚至捕捉到了撞击产生的闪光。几周后，这些“坠机现场”的数据和影像都将回传到地球，用于准确计算DART给迪莫弗斯带来了多少动量。NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜、哈勃太空望远镜、以及正在前往木星小行星群的航天器“露西”也都在密切观察双星系统的亮度变化，为后续研究提供关键信息。

另外，欧洲航天局将于2024年发射探测器“赫拉”，仔细调查迪莫弗斯受撞击的情况，详细观察和记录撞击效果。正如DART任务协调负责人南希·查博特（Nancy Chabot）所说，DART本身不仅仅是目的，“它是一个全新的开始……这只是第一步，但我们从科幻小说走向了科学现实，这不是很令人激动吗？”