我们真的可以让小行星发生偏转吗？

本文来自微信公众号：NASA爱好者（ID：nasawatch），作者：盖尔·艾尔斯（澳大利亚皇家墨尔本理工大学物理学高级讲师），编辑：哇喳，原文标题：《我们真的可以让小行星发生偏转吗？NASA DART任务值得吗？》，头图来自：NASA

在我们的头顶上，一艘高尔夫球车大小的航天器正朝着一颗小行星行进，美国航空航天局（NASA）指示着它撞向这颗小行星，目的是让小行星稍微偏离原轨道。这项测试性任务的目的是证明人类已做好技术准备，以防将来检测到真正会威胁到地球的小行星。

2021年11月23日，双小行星重定向测试（Double Asteroid Redirection Test，DART）搭乘SpaceX猎鹰9号（Falcon 9）运载火箭，从美国加利福尼亚州范登堡太空军基地（Vandenberg Space Force Base）的航天发射场4-东（Space Launch Complex 4 East）发射升空，将在今年9月26日至10月1日期间抵达目标小行星系统。

DART任务将前往小行星Didymos，它属于阿莫尔型近地小行星（Amor asteroids）。每12小时，Didymos 就会被一颗迷你卫星Dimorphos环绕一周，这颗直径约160米的孪小星正是DART的撞击目标。

上面的艺术概念图描绘了NASA的DART航天器和意大利航天局（Italian Space Agency，ASI）的意大利小行星成像立方星（Light Italian Cubesat for Imaging of Asteroids，LICIACube）在撞击Didymos双星系统之前的景象。

图片来源：NASA/美国约翰·霍普金斯大学（Johns Hopkins University）应用物理实验室（APL）/史蒂夫·格里本（Steve Gribben）

小行星撞地球是否会给人类带来灭绝威胁？

灾难电影里小行星撞地球，造成类似于数百万年前毁灭恐龙的灭绝事件，现在会发生吗？

实际上，地球经常受到小行星的轰击，几乎所有直径从1到20米不等的小行星都会在大气中解体，因此它们通常不会对地球上的生命造成伤害。

这些天体的大小与撞击事件的频率之间存在反比关系，也就是说相比体积较大的天体，我们受到小天体撞击的频率更高，而这仅仅是因为太空中的小天体数量更多。

小行星撞击：黄色的点代表白天撞击，蓝色的点代表夜间撞击；每个点的大小与撞击的光辐射能量成正比。

图片来源：NASA喷气推进实验室（JPL） 图片汉化：哇喳

平均每50万年，就会有颗直径1千米的小行星撞上地球，科学界认为，最近一次这种规模的撞击在20000年前，在如今非洲撒哈拉沙漠西部的毛里塔尼亚留下了泰诺摩尔陨石坑（Tenoumer），直径约1.9千米。直径约5千米的小行星则大约每2000万年撞击地球一次。

2013年车里雅宾斯克（Chelyabinsk）流星体撞击事件的主角估计直径约为20米，损坏了俄罗斯六个城市的建筑物，造成约1500人受伤。

评估风险

NASA之所以会发射DART任务，起因是未来一颗主要小行星撞击地球的威胁和我们对此的恐惧。

杜林危险指数（Torino scale）是一套衡量近地天体（near-Earth object，NEO，包括小行星和彗星）撞击地球危险性的指标，通过整合撞击概率和破坏力得出一个数值，来评估天体撞击地球的严重性。它使用从0到10的整数等级，其中“0”表示天体撞击地球的可能性微乎其微，而“10”则表示撞击千钧一发，且天体大到足以引发全球性灾难。

希克苏鲁伯（Chicxulub）撞击常被认为是造成白垩纪-古近纪非鸟类恐龙灭绝事件的主要原因，杜林危险指数为10；形成于约5万年前的巴林杰陨石坑（Barringer Crater）和1908年的通古斯大爆炸（Tunguska event）对应的陨石撞击杜林危险指数均为8。

随着网络新闻和个人拍摄能力的提高，那些“有惊无险”的小行星不断试探着公众的恐惧上限。目前，NASA正在密切关注着小行星贝努（Bennu），这是目前“累积危险等级”最高的天体。（更多行星防御监测请访问NASA喷射推进实验室近地天体研究中心的“哨兵系统”）。

贝努直径500米，能够在地球上撞出一个直径5千米的陨石坑。然而NASA表示，有99.943%的可能性贝努会与我们擦肩而过。

为撞击做好准备

在Didymos和Dimorphos绕太阳运行的轨道上，有一个点距离地球约590万千米。这个距离比我们的月球到地球的距离更远，但从天文学上来说，它们将非常接近地球，因此DART将在这一点上撞击Dimorphos。

DART将花费大约 10 个月的时间前往Didymos，靠近时它会稍稍调整方向方向，以大约6.6公里/秒的速度撞向Dimorphos。

DART撞击Dimorphos对其轨道影响的信息图。

图片来源：NASA/约翰·霍普金斯大学应用物理实验室  图片汉化：哇喳

较大的Didymos直径约780米，对于DART来说是一个更好的瞄准目标。一旦DART检测到直径只有160米的孪小星Dimorphos，它就可以在最后一刻进行航向修正，与系统中更小的卫星相撞。

Dimorphos的质量约480万吨，DART的质量约为550千克。当航天器以6.6千米/秒的速度撞向Dimorphos时，DART能将巨大的动量转移到Dimorphos，从而达到预期的能实际改变小卫星围绕Didymos运行轨道的程度。

地面望远镜将在数周或数月内检测到这种变化，变化程度大约1%。虽然这可能看起来并不算什么很大的改变，但1%实际上是一个很成功的改变，如果DART撞击的是一颗孤立的小行星，它围绕太阳的轨道周期可能只会改变约0.000006%，这需要很多很多年才能被我们探测到。

因此，我们将能够从地球上探测到这1%的变化，同时这对小行星将继续沿着围绕太阳的轨道运行。DART还将在撞击前10天投放一颗小型卫星，来记录下撞击过程中的相关数据。

这是NASA首次致力于展示行星防御技术的任务，它的成本为3.3亿美元（约合人民币20.9亿元），在太空任务中属于相对便宜的，对比来说，2021年底发射的詹姆斯·韦布空间望远镜耗资近100亿美元（约合人民币680亿元）。

DART的撞击几乎不会产生碎片，如果用地球上类似的事件来打比方，它相当于一列火车停在铁轨上但没有刹车，此时另一列火车驶了过来并与之相撞。这两列火车不会分道扬镳，也不会相互摧毁，而是会一起驶走：原本静止的火车会获得一定的速度，而撞击它的火车则会失去一定的速度；两列火车会结合成一个新的系统，新系统的速度与此前两列火车的速度均不相同。

因此，我们不会感受到DART任务的任何冲击、波动或是飞散的碎片。

这样的尝试真的值得吗？

这项任务的结果将告诉我们，想要击中一颗未来可能构成威胁的小行星需要多大的质量和速度。我们已经追踪到绝大多数距离地球较近的小行星，因此我们能对所有这一类天体进行早期预警。

也就是说，过去我们曾漏判了一些近地天体事件。2021年10月，小行星UA_1在距地球表面约3047千米处飞掠南极洲上空，我们没能提前察觉到它，因为它飞来的方向正好是太阳的方向。小行星UA_1的直径只有1米，不会对地球造成太大的损害，但我们理应提前探测到它的到来。

为可能存在的主要小行星威胁建立一套偏转应对系统非常困难，我们必须迅速采取行动，非常精准地击中目标小行星。

这种应对系统目前有一个候选者，那就是美国航天技术初创公司SpinLaunch开发的新技术，该技术可以将卫星快速送入轨道，相关装置还可用于向近距离经过的小行星发射一定质量的航天器。

参考来源：

[1] https://theconversation.com/could-we-really-deflect-an-asteroid-heading-for-earth-an-expert-explains-nasas-latest-dart-mission-172603

[2] https://www.nasa.gov/feature/nasa-s-first-planetary-defense-technology-demonstration-to-collide-with-asteroid-in-2022

[3] https://dart.jhuapl.edu/Gallery/

本文来自微信公众号：NASA爱好者（ID：nasawatch），作者：盖尔·艾尔斯