NASA的DART任务成功改变小行星轨迹和外观

在美国国家航空航天局（NASA）进行了历史性的双小行星重定向试验之后，由 JPL 领导的一项研究表明，小行星Dimorphos的形状发生了变化，其轨道也缩小了。2022年9月26日，美国国家航空航天局（NASA）的DART（双小行星重定向试验）故意撞向一颗560英尺宽（170米宽）的小行星。

美国国家航空航天局（NASA）的DART航天器将于2022年10月与"Didymos"双小行星系统中较小的天体相撞。欧空局的赫拉（Hera）任务将对碰撞后的"Didymos"进行勘测，并评估其轨道因碰撞而发生的变化，从而将这一一次性实验转化为可行的行星防御技术。图片来源：ESA-ScienceOffice.org

这次演示表明，如果一颗危险的小行星与地球发生碰撞，动能撞击器可以使其偏转。现在，发表在《行星科学杂志》上的一项新研究表明，这次撞击不仅改变了小行星的运动，还改变了它的形状。

DART 的目标是小行星 Dimorphos，它围绕着一颗更大的近地小行星 Didymos 运行。在撞击之前，Dimorphos呈大致对称的"扁球形"--就像一个被压扁的球，宽度大于高度。Dimorphos的圆形轨道轮廓清晰，与Didymos的距离约为 3900 英尺（1189 米），Dimorphos绕Didymos运行一圈需要 11 小时 55 分钟。

美国国家航空航天局南加州喷气推进实验室的导航工程师尚塔努-奈杜（Shantanu Naidu）领导了这项研究。结果显示，迪莫非斯的轨道不再是圆形的：它的轨道周期--完成一个轨道所需的时间--现在缩短了 33 分 15 秒。而且小行星的整个形状也发生了变化，从一个相对对称的物体变成了一个'三轴椭圆体'--更像是一个长方形的西瓜"。

2022 年 9 月 26 日，小行星 Dimorphos 被美国宇航局的 DART 任务捕捉到，就在飞船撞击其表面前的两秒钟。对小行星撞击前后的观测表明，它是一个松散的"碎石堆"。图片来源：NASA/Johns Hopkins APL

奈杜的团队在他们的计算机模型中使用了三种数据源来推断小行星在撞击后发生了什么。第一个数据源是 DART 号飞船：飞船在接近小行星时捕捉到了图像，并通过美国宇航局的深空网络（DSN）发回地球。这些图像提供了"Didymos"和"Dimorphos"之间缝隙的特写测量数据，同时还测量了两颗小行星在撞击前的尺寸。

第二个数据源是位于加利福尼亚州巴斯托附近的DSN金石太阳系雷达，它从两颗小行星上反弹出无线电波，精确测量出撞击后Dimorphos相对于Didymos的位置和速度。雷达观测结果很快帮助美国国家航空航天局得出结论：DART 对小行星的影响大大超出了最低预期。

第三个也是最重要的数据来源：世界各地的地面望远镜测量了两颗小行星的"光曲线"，即小行星表面反射的阳光随时间的变化情况。通过比较撞击前后的光曲线，研究人员可以了解到 DART 如何改变了Dimorphos的运动。

这幅插图显示了小行星 Dimorphos 被 DART 撞击后的大致形状变化。在撞击之前（左图），小行星的形状像一个被压扁的球；在撞击之后，它的形状变得更加修长，像一个西瓜。资料来源：NASA/JPL-Caltech

在Dimorphos的轨道上，它周期性地从Didymos的前面经过，然后又从后面经过。在这些所谓的"相互事件"中，一颗小行星会给另一颗小行星投下阴影，或者遮挡住我们从地球上看到的景象。在这两种情况下，望远镜都会记录下暂时的暗淡--光曲线的下降。

JPL 高级研究科学家、该研究的共同作者史蒂夫-切斯利（Steve Chesley）说："我们利用这一系列精确的光曲线下降的时间来推断轨道的形状，由于我们的模型非常灵敏，我们还可以算出小行星的形状。研究小组发现，迪莫非斯的轨道现在略微拉长，或者说偏心。在撞击之前，事件发生的时间是有规律的，显示出一个圆形轨道。撞击后，时间上出现了非常细微的差异，显示出有什么地方出现了偏差。我们从未想到会有如此高的精确度。"

奈杜说，这些模型非常精确，甚至显示了Dimorphos在围绕Didymos运行时来回摇晃。

研究小组的模型还计算了Dimorphos的轨道周期是如何演变的。撞击发生后，DART立即缩短了两颗小行星之间的平均距离，使Dimorphos的轨道周期缩短了32分42秒，变为11小时22分37秒。

在接下来的几周里，随着Dimorphos向太空流失更多的岩石物质，小行星的轨道周期不断缩短，最终定格在每轨道11小时22分3秒--比撞击前少了33分15秒。奈杜说，这个计算结果精确到1 ½秒以内。Dimorphos现在与Didymos的平均轨道距离约为3780英尺（1152米）--比撞击前近了约120英尺（37米）。

"这项研究的结果与正在发表的其他研究结果一致，"位于华盛顿的美国宇航局总部太阳系小天体首席科学家汤姆-斯塔特勒（Tom Statler）说。"看到不同的小组分析数据并独立得出相同的结论，这是科学成果可靠的标志。DART不仅向我们展示了小行星偏转技术的途径，还揭示了我们对小行星及其行为方式的新的基本认识。"

这些结果以及对撞击后留下的碎片的观测表明，迪莫非斯是一个松散的"碎石堆"天体，与小行星贝努类似。欧空局（ESA）的赫拉（Hera）任务计划于2024年10月发射，它将前往这对小行星进行详细勘测，并确认DART是如何重塑迪莫非斯的。

编译自:ScitechDaily