金磊 Alex 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

家人們，見證歷史了！

就在剛剛，人類完成了首次行星防御演習(xí)的撞擊任務(wù)：

由NASA發(fā)射的DART（戲稱“打他”）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(dú)行月球》等科幻片里才能看到的場(chǎng)景，這次真真兒地在現(xiàn)實(shí)上演。

而NASA此次演習(xí)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(zhǔn)備。

畢竟之前有研究表明，6500萬年前“?？颂K魯伯小行星撞擊”事件直接導(dǎo)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(yùn)行軌跡，像這樣：

雖然目前撞擊已經(jīng)完成，但小行星的軌道是否發(fā)生了變化，還需要天文學(xué)家進(jìn)一步通過望遠(yuǎn)鏡來測(cè)量確定。

不過毋庸置疑的是，此次任務(wù)的結(jié)果會(huì)為科學(xué)家們提供制定行星防御計(jì)劃的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

若是接下來小行星的軌道被確認(rèn)發(fā)生改變，那這項(xiàng)技術(shù)便可以在將來偏移那些可能直奔地球的小行星了。

正如負(fù)責(zé)NASA此次項(xiàng)目的Lindley Johnson表示：

這不僅對(duì)NASA來說是一個(gè)振奮的時(shí)刻，對(duì)航天史和人類歷史亦是如此。

這次演習(xí)對(duì)我們地球的未來極其重要。

人類史上首次行星防御演習(xí)

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(gè)直徑約780米的行星Didymos組成了一個(gè)雙行星系統(tǒng)（我們暫且稱它們?yōu)椤皩\小星”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?qū)\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(duì)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(xué)導(dǎo)航相機(jī)DRACO。

DRACO將捕獲孿大星和孿小星的圖像，同時(shí)還將支持航天器的自主導(dǎo)航系統(tǒng)SMART Nav引導(dǎo)DART進(jìn)行撞擊。

據(jù)NASA科學(xué)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(zhǎng)什么樣、什么形狀我們一無所知。

這也是撞擊小行星任務(wù)中的難點(diǎn)之一。

而且在撞擊前1小時(shí)，孿小星在DRACO視野范圍內(nèi)僅僅是一個(gè)像素的小點(diǎn)點(diǎn)：

而在撞擊前10分鐘左右，已然可以區(qū)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(píng)論區(qū)也是激動(dòng)不已（原速播放）：

倒計(jì)時(shí)1分鐘左右，當(dāng)DART成功繞開孿大星，徑直飛向?qū)\小星時(shí)：

最后，隨著“3、2、1”的倒數(shù)，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(tài)，紛紛高呼“We did it！”。

600kg航天器撞擊50億kg小行星

事實(shí)上，在這次書寫歷史的撞擊發(fā)生前，DART航天器已經(jīng)在太空中旅行10個(gè)月了。

去年11月24日凌晨1點(diǎn)21分（美東時(shí)間），DART航天器搭載SpaceX的獵鷹9號(hào)火箭在加州范登堡空軍基地發(fā)射升空。

升空一個(gè)多小時(shí)后，DART和火箭的第二級(jí)助推器分離，然后進(jìn)入預(yù)定軌道。

在飛離地球之前，DART還圍繞著我們飛了數(shù)圈，并在此期間利用電動(dòng)推進(jìn)器不斷加速，達(dá)到第二宇宙速度（人造天體無動(dòng)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(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室）的一個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目，目前已耗資約3.25億美元（約合人民幣23.24億元）。

這個(gè)撞擊小行星的航天器，本身體積并不算大，它的三維（長(zhǎng)寬高）僅為1.8 × 1.9 × 2.6 米，相當(dāng)于兩個(gè)家用衣柜的大小。

△圖源NASA：DART探測(cè)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(dāng)其完全展開時(shí)“臂展”可達(dá)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(jī)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(gè)雙行星系統(tǒng)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(gè)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(gè)小盒子，它在伴隨DART在浩瀚宇宙中飛行了很長(zhǎng)一段時(shí)間后，已經(jīng)于9月11日和DART分離。

LICIACube可以用自己的推進(jìn)系統(tǒng)調(diào)整軌道，在撞擊發(fā)生的大約3分鐘后飛掠孿小星。

關(guān)于這個(gè)撞行星的航天器DART，就先說到這里。

到此你也許還會(huì)疑惑：那為什么要選擇Didymos雙星系統(tǒng)來做測(cè)驗(yàn)，而且為啥還要選小的那一顆來撞呢？

首先，在DART撞擊時(shí)，Didymos系統(tǒng)距地球大約1100萬公里。

這個(gè)距離就很妙了，可謂“不遠(yuǎn)不近”的理想測(cè)試地點(diǎn)：

一方面，這相當(dāng)于約143個(gè)地月距離，這顆小行星對(duì)地球不構(gòu)成實(shí)際威脅，也不必?fù)?dān)心撞擊之后會(huì)對(duì)我們帶來什么困擾。

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(fèi)力氣就可以觸及。

DART任務(wù)組的成員表示，10個(gè)月的旅程對(duì)于一項(xiàng)太空任務(wù)來說是相當(dāng)快的。

此外，在這個(gè)位置還方便哈勃、韋伯太空望遠(yuǎn)鏡、NASA的小行星探測(cè)器“露西”，以及地面上的一眾望遠(yuǎn)鏡拍攝。

至于為啥要選小的這顆，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(fā)現(xiàn)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(gè)左右；而如果算上孿小星這樣直徑大于0.1km的，數(shù)量就直接飆升到了驚人的2500萬以上。

此外，嚴(yán)格來講，孿小星算是孿大星的衛(wèi)星。在撞擊小星后，天文學(xué)家們也可以通過觀察大星的明暗變化，比較方便地測(cè)算出這次撞擊對(duì)小星公轉(zhuǎn)周期的改變值。

另外值得注意的是，孿小星只是“相對(duì)較小”罷了。（畢竟人家好歹是一顆衛(wèi)星）

據(jù)科學(xué)家估算，它重達(dá)50億千克，是DART航天器質(zhì)量的746萬倍左右。

所以關(guān)于DART撞孿小星，用任務(wù)負(fù)責(zé)人Nancy Chabot的話來說——

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

(即使撞錯(cuò)了地方也無大礙)

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(gè)。

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

但它們的目的和DART卻有不同，分別是對(duì)了解彗星形成演進(jìn)以及生命起源產(chǎn)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(dòng)出擊”的形式來改變小行星的運(yùn)動(dòng)軌跡。

前文提到，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已發(fā)現(xiàn)超過2500萬個(gè)孿小星大小的天體對(duì)地球產(chǎn)生著威脅。

從1980年至今的統(tǒng)計(jì)來看，近地小行星的發(fā)現(xiàn)速度呈指數(shù)型增長(zhǎng)。

而且它們移動(dòng)的速度非常之快，大約是72000公里/小時(shí)。

若是以如此質(zhì)量和速度撞擊地球，就相當(dāng)于一場(chǎng)約10兆噸級(jí)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(jí)為12兆噸，當(dāng)年便摧毀了面積達(dá)2000平方公里的針葉林，推倒了約8千萬棵樹。

而對(duì)于那次的事件，科學(xué)界普遍認(rèn)為是一顆直徑65米左右的石質(zhì)小行星引發(fā)的。

時(shí)間更近一些的，例如2013年2月15日，發(fā)生在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克州的天體墜落事件也是令人印象深刻。

當(dāng)時(shí)這顆隕石直徑達(dá)到了約16米，它在穿越大氣層時(shí)摩擦燃燒，發(fā)生爆炸，產(chǎn)生大量碎片，形成了所謂“隕石雨”。

在墜落區(qū)域，許多建筑的窗戶玻璃破裂，該事件已造成1200多人受傷。

據(jù)科學(xué)家們的推測(cè)，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(dāng)量。

因此，也就不難理解NASA為何要執(zhí)行行星防御演習(xí)了。

至于這次DART是否成功改變了孿小星的運(yùn)行軌跡，還需進(jìn)一步等待天文學(xué)家的觀察。

參考資料：

[1]https://dart./Mission/index.php
[2]https://www./watch?v=lfZPtY5D0ys
[3]https:///starts-with-a-bang/redirecting-a-killer-asteroid/
[4]https:///space/dart-impact-an-asteroid-on-september-26-2022/
[5]https:///science/can-we-deflect-an-asteroid-by-crashing-into-it-space-engineering-expert-weighs-in