为了撞击小行星，NASA花掉23亿，值不值？

本文来自微信公众号：量子位（ID：QbitAI），作者：金磊、Alex，原文标题：《NASA成功撞击1100公里外小行星！人类史上首次，主动避免恐龙覆辙，马斯克亦有贡献》，题图来自：NASA

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。

而它和另外一个直径约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

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。

图源NASA：DART探测器与封装它的火箭整流罩相比，非常迷你

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28.6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。

小行星存在的威胁

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。

参考资料：

[1]https://dart.jhuapl.edu/Mission/index.php

[2]https://www.youtube.com/watch?v=lfZPtY5D0ys

[3]https://bigthink.com/starts-with-a-bang/redirecting-a-killer-asteroid/

[4]https://earthsky.org/space/dart-impact-an-asteroid-on-september-26-2022/

[5]https://interestingengineering.com/science/can-we-deflect-an-asteroid-by-crashing-into-it-space-engineering-expert-weighs-in

本文来自微信公众号：量子位（ID：QbitAI），作者：金磊、Alex