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2023-01-31
NASA成功撞擊1100萬公里外小行星！人類史上首次，馬斯克亦有貢獻(xiàn)
更新時(shí)間：2022-09-27 14:05:46作者：智慧百科
金磊 Alex 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 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NASA來說是一個(gè)振奮的時(shí)刻，對航天史和人類歷史亦是如此。
這次演習(xí)對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。
而它和另外一顆直徑約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，它的三圍（長寬高）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，這顆小行星對地球不構(gòu)成實(shí)際威脅，也不必?fù)?dān)心撞擊之后會(huì)對我們帶來什么困擾。
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，比較方便地測算出這次撞擊對小星公轉(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)
小行星的潛在威脅
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（Deep Impact）和隼鳥2號（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。
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(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，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。