金磊 Alex 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

家人们,见证历史了!

就在刚刚,人类完成了首次行星防御演习的撞击任务:

由NASA发射的DART(戏称“打他”)航天器,成功撞击距地1100万千米的一颗小行星。

以往只能在《星际迷航》、《独行月球》等科幻片里才能看到的场景,这次真真儿地在现实上演。

而NASA此次演习的目的也与科幻片如出一辙,正是为了防止近地小行星撞击地球带来的威胁做准备。

毕竟之前有研究表明,6500万年前“希克苏鲁伯小行星撞击”事件直接导致了恐龙的灭绝

DART的这一猛撞,要做的是改变这颗小行星的运行轨迹,像这样:

虽然目前撞击已经完成,但小行星的轨道是否发生了变化,还需要天文学家进一步通过望远镜来测量确定。

不过毋庸置疑的是,此次任务的结果会为科学家们提供制定行星防御计划的关键数据。

若是接下来小行星的轨道被确认发生改变,那这项技术便可以在将来偏移那些可能直奔地球的小行星了。

正如负责NASA此次项目的Lindley Johnson表示:

这不仅对NASA来说是一个振奋的时刻,对航天史和人类历史亦是如此。
这次演习对我们地球的未来极其重要。

人类史上首次行星防御演习

正如刚才演示中所看到的,DART此次所要撞击的小行星名叫Dimorphos,直径约163米。

而它和另外一颗直径约780米的行星Didymos组成了一个双行星系统(我们暂且称它们为“孪小星”和“孪大星”)。

DART则是用自己19米的身躯,以6.6公里/秒的速度故意撞向孪小星,让它的轨道速度改变0.1%。

(值得注意的是,这两颗行星对地球的威胁几乎为0。)

这次DART可谓是“轻装上阵”,它所使用的唯一仪器便是光学导航相机DRACO

DRACO将捕获孪大星和孪小星的图像,同时还将支持航天器的自主导航系统SMART Nav引导DART进行撞击。

据NASA科学家Tom Statler所述:

由于我们从来没有近距离观察过孪小星,所以它长什么样、什么形状我们一无所知。
这也是撞击小行星任务中的难点之一。

而且在撞击前1小时,孪小星在DRACO视野范围内仅仅是一个像素的小点点:

而在撞击前10分钟左右,已然可以区分较大的孪大星和较小的孪小星:

随着距离的逐步逼近,直播间的评论区也是激动不已(原速播放):

倒计时1分钟左右,当DART成功绕开孪大星,径直飞向孪小星时:

最后,随着“3、2、1”的倒数,DART成功撞击孪小星!

NASA指挥中心已然是一片欢呼雀跃的状态,纷纷高呼“We did it!”

600kg航天器撞击50亿kg小行星

600kg航天器撞击50亿kg小行星

事实上,在这次书写历史的撞击发生前,DART航天器已经在太空中旅行10个月了。

去年11月24日凌晨1点21分(美东时间),DART航天器搭载SpaceX的猎鹰9号火箭在加州范登堡空军基地发射升空。

升空一个多小时后,DART和火箭的第二级助推器分离,然后进入预定轨道。

在飞离地球之前,DART还围绕着我们飞了数圈,并在此期间利用电动推进器不断加速,达到第二宇宙速度(人造天体无动力脱离地球引力束缚所需的最小速度)。

DART是NASA和APL(约翰霍普金斯应用物理实验室)的一个联合项目,目前已耗资约3.25亿美元(约合人民币23.24亿元)。

这个撞击小行星的航天器,本身体积并不算大,它的三围(长宽高)仅为1.8 × 1.9 × 2.6 米,相当于两个家用衣柜的大小。

而其体重仅约670千克,还不到一辆普通SUV的一半。

不过为了自主飞行,DART还搭载了两块大型太阳能电池板,当其完全展开时“臂展”可达19米左右。

DART航天器在撞击小行星前,一直都在使用安装在自己身上的相机DRACO拍摄自己的“太空见闻”。

先前在今年7月,DART已通过DRACO第一次拍到了小行星Didymos,也就是这个双行星系统中的孪大星。

但是由于DART必须为了这次撞击“牺牲”,所以还需要一个小助手来记录下它撞击瞬间和之后的照片。

而DART的小助手,就是立方星LICIACube。

这家伙外观看起来就是一个小盒子,它在伴随DART在浩瀚宇宙中飞行了很长一段时间后,已经于9月11日和DART分离。

LICIACube可以用自己的推进系统调整轨道,在撞击发生的大约3分钟后飞掠孪小星。

关于这个撞行星的航天器DART,就先说到这里。

到此你也许还会疑惑:那为什么要选择Didymos双星系统来做测验,而且为啥还要选小的那一颗来撞呢?

首先,在DART撞击时,Didymos系统距地球大约1100万公里。

这个距离就很妙了,可谓“不远不近”的理想测试地点:

一方面,这相当于约143个地月距离,这颗小行星对地球不构成实际威胁,也不必担心撞击之后会对我们带来什么困扰。

而另一方面,这也仅为地球到火星最近距离的五分之一,所以不用太费力气就可以触及。

DART任务组的成员表示,10个月的旅程对于一项太空任务来说是相当快的。

此外,在这个位置还方便哈勃、韦伯太空望远镜、NASA的小行星探测器“露西”,以及地面上的一众望远镜拍摄。

至于为啥要选小的这颗,原因之一是这颗小孪星的体积和众多近地天体类似。

从目前已被发现的近地天体来看,像孪大星这样直径大于0.5km的约有120万个左右;而如果算上孪小星这样直径大于0.1km的,数量就直接飙升到了惊人的2500万以上。

此外,严格来讲,孪小星算是孪大星的卫星。在撞击小星后,天文学家们也可以通过观察大星的明暗变化,比较方便地测算出这次撞击对小星公转周期的改变值。

另外值得注意的是,孪小星只是“相对较小”罢了。(毕竟人家好歹是一颗卫星)

据科学家估算,它重达50亿千克,是DART航天器质量的746万倍左右。

所以关于DART撞孪小星,用任务负责人Nancy Chabot的话来说——

就相当于一辆高尔夫球车撞上胡夫金字塔,它不会把这个小天体撞坏,最多只能轻微改变孪小星的公转轨迹。

(即使撞错了地方也无大碍)

小行星的潜在威胁

小行星的潜在威胁

说到撞击天体的航天器,DART还真不是第一个。

在此之前,深度撞击号(Deep Impact)和隼鸟2号(Hayabusa 2)就已经干过这事了。

但它们的目的和DART却有不同,分别是对了解彗星形成演进以及生命起源产生了重要意义。

而这次DART虽是第三次航天器撞击天体,但却是人类首次以“主动出击”的形式来改变小行星的运动轨迹。

前文提到,据统计,目前已发现超过2500万个孪小星大小的天体对地球产生着威胁。

从1980年至今的统计来看,近地小行星的发现速度呈指数型增长。

而且它们移动的速度非常之快,大约是72000公里/小时。

若是以如此质量和速度撞击地球,就相当于一场约10兆吨级的大爆炸。

人类历史记录上最大的爆炸——通古斯大爆炸(1908年),其量级为12兆吨,当年便摧毁了面积达2000平方公里的针叶林,推倒了约8千万棵树。

而对于那次的事件,科学界普遍认为是一颗直径65米左右的石质小行星引发的。

时间更近一些的,例如2013年2月15日,发生在俄罗斯车里雅宾斯克州的天体坠落事件也是令人印象深刻。

当时这颗陨石直径达到了约16米,它在穿越大气层时摩擦燃烧,发生爆炸,产生大量碎片,形成了所谓“陨石雨”。

在坠落区域,许多建筑的窗户玻璃破裂,该事件已造成1200多人受伤。

据科学家们的推测,万一这颗巨大的陨石真的撞到了萨特卡市,它爆炸起来的威力大约等于50万吨TNT当量。

因此,也就不难理解NASA为何要执行行星防御演习了。

至于这次DART是否成功改变了孪小星的运行轨迹,还需进一步等待天文学家的观察。