NASA的DART任务使一颗小行星偏转 但却释放出大量太空巨石

马里兰大学的天文学家发现，DART任务期间意外释放的岩石碎片的动量是航天器的三倍。这一发现为改进未来的行星防御策略提供了宝贵的新见解。

这幅插图描绘了NASA双小行星重定向测试（DART）航天器撞击Didymos双小行星系统之前的景象。图片来源：NASA/约翰·霍普金斯应用物理实验室/Steve Gribben

当美国宇航局的DART航天器于2022年9月撞击小行星卫星Dimorphos时，它不仅实现了改变小行星轨道的目标，还引发了大量巨石的释放，这些碎片携带的动量是航天器自身动量的三倍多。

由马里兰大学领导的一个天文学家团队发现，尽管该任务证实了动能撞击器可以有效地改变小行星的轨道，但被抛出的碎片却产生了意想不到方向的力。这些动态因素可能对未来的偏转策略构成挑战。他们的研究结果发表在《行星科学杂志》上，表明小行星的轨道改变比最初认为的要复杂得多。

“我们成功地使一颗小行星偏离了轨道，”该研究的主要作者、马里兰大学天文系研究科学家托尼·法纳姆说道。“我们的研究表明，虽然DART航天器的直接撞击导致了这种变化，但被抛出的巨石产生了几乎同样大的额外冲击力。这个额外的因素改变了我们在规划此类任务时需要考虑的物理因素。”

天文学家利用意大利小型航天器LICIACube（记录了DART撞击后果的航天器）捕获的数据，追踪了104块半径从0.2米到3.6米不等的巨石。这些巨石正以高达每秒52米（每小时116英里）的速度远离Dimorphos。通过这些图像，研究人员能够计算出碎片的三维位置和速度。

“我们发现这些巨石并非随机散落在太空中，”法纳姆说道，“相反，它们聚集在两个截然不同的群体中，其他地方则没有其他物质，这意味着这里存在某种未知的因素。”

这些图像显示了撞击近地小行星周围的喷出物，是在DART的伴星探测器LICIACube接近（左上角为Didymos）和离开（右上角为Didymos）时拍摄的。LICIACube在撞击发生几分钟后飞过并拍摄了其后果。喷出物场由一个不对称的尘埃锥体组成，锥体呈现出流状和细丝状，以及一百多米大小的巨石，这些巨石被喷向特定的方向。图片来源：NASA DART团队和LICIACube

大约70%的观测到的巨石形成了一个大型集群，以高速和相对于小行星表面的低角度向南移动。研究小组怀疑这些碎片来自特定的撞击点，可能是在DART主体与Dimorphos相撞前不久被其太阳能电池板击碎的较大表面巨石。

“DART的太阳能电池板很可能撞击了小行星上的两块巨石，分别是阿塔巴克（Atabaque）和博德兰（Bodhran），”论文第二作者、马里兰大学天文学和地质学教授杰西卡·桑沙因（Jessica Sunshine）解释道。“有证据表明，南部喷出的物质群很可能是由阿塔巴克（一块半径3.3米的巨石）的碎片组成的。”

桑沙因还担任马里兰大学领导的 NASA深度撞击任务的副首席研究员，他将 DART 的结果与深度撞击的结果进行了比较，并指出了表面特征和目标成分如何从根本上影响撞击结果。

“深度撞击”撞击的表面基本上由非常小且均匀的颗粒组成，因此其喷出物相对平滑且连续，”桑沙因解释说。“而在这里，我们看到DART撞击的表面布满了岩石，充满了巨砾，导致其喷出物的结构混乱且呈丝状。将这两次任务进行并排比较，可以让我们深入了解不同类型的天体如何应对撞击，这对于确保行星防御任务的成功至关重要。”

DART撞击产生的巨石的动量主要垂直于航天器的轨道，这意味着它可能使Didymos-Dimorphos的轨道平面倾斜高达一度，并可能导致该小行星在太空中不规则地翻滚。该团队对巨石碎片影响的理解将是欧洲航天局“赫拉”（Hera）任务的关键，该任务将于2026年抵达Didymos-Dimorphos系统。

“LICIACube 收集的数据为撞击事件提供了更多视角，尤其是在 DART 最初的设计理念是完全依赖地球观测的情况下，”法纳姆说道。“Hera 也将发挥同样的作用，它基于我们利用 DART 收集的数据做出的预测，让我们能够以另一种更直接的方式了解撞击的后果。”

法纳姆指出，LICIACube 的这些多视角和特写图像为 DART 团队提供了在地球上无法探测到的信息，包括有关小行星巨石的数据。这项新研究表明，在规划未来的小行星偏转任务时考虑这些变量非常重要。

“如果一颗小行星正向我们滚来，而我们知道必须将它移动一定距离才能防止它撞击地球，那么所有这些细微之处就变得非常非常重要，”桑沙因补充道。“你可以把它想象成一场宇宙台球游戏。如果我们不考虑所有变量，我们可能会错失良机。”

编译自/scitechdaily