航天器|探索防御小行星撞地球，一颗航天器要去撞开小行星了卫星|新京报|dart

文章图片
北京时间11月24日下午，美国航空航天局NASA发射“双小行星重定向测试（DART）” ，利用一颗重约550公斤的航天器，以约6.6公里每秒的速度，高速撞击Didymos双小行星系统中较小的卫星Dimorphos ，验证动能撞击防御小行星技术。
近年来，近地小行星频繁“造访”地球，但大多有惊无险。此次任务如何防御小行星撞击地球？后续如何评估任务效果？对此，中科院紫金山天文台近地天体探测和太阳系天体研究团组首席科学家赵海斌进行了解答。
当地时间11月23日，美国航天局“双小行星重定向测试（DART）”航天器搭乘一枚“猎鹰9”火箭发射升空。图/IC photo
通过撞击改变卫星运行轨道，评估防御效果
新京报：潜在威胁天体包括哪些？撞击地球有何后果？
赵海斌：潜在威胁天体是指直径大于等于140米，且与地球轨道交会距离小于0.05天文单位（约750万公里）的近地天体，包括小行星和彗星。
地球曾被小行星撞击过无数次，小行星撞击可能造成区域性的灾难，甚至导致地球生态环境的变化，恐龙灭绝就被认为是小行星撞击地球后导致的。 2013年，俄罗斯车里雅宾斯克州发生小天体撞击事件。天体在穿越大气层时摩擦燃烧发生爆炸，产生大量碎片， “陨石雨”坠落造成建筑窗户玻璃破裂， 1300多人受伤。
新京报：此次任务为何要撞击小行星系统？
赵海斌：Didymos小行星于1996年由美国Spacewatch巡天计划发现。双星系统中，主星Didymos直径约780米，卫星Dimorphos直径约160米，每11.9小时环绕Didymos小行星运行一圈。 Didymos双小行星系统运行在一条环绕太阳的椭圆轨道上，环绕太阳运行一圈需要约770天。
防御小行星撞击地球的手段可以归成两大类，一种是脉冲式改变小行星轨道，甚至将其摧毁；另一种则是渐变式改变小行星的轨道，直至消除威胁。
DART任务正是通过撞击改变Dimorphos相对Didymos小行星的运行轨道，使其绕转周期缩短约10分钟。通过地面光学测量，可以测量到周期变化，进而估算撞击产生的速度增量，评估动能撞击防御小行星的效率。
当地时间11月23日，美国航天局“双小行星重定向测试（DART）”航天器搭乘一枚“猎鹰9”火箭发射升空。图/IC photo
撞击对象已有观测数据，几百年内不会撞地球
新京报：为何选择Didymos双小行星系统作为撞击对象？
赵海斌：Didymos距离地球比较近，也足够大，所以被列为对地球潜在威胁小行星（PHA）的范畴。但是几百年内，该双小行星并不会来撞地球，所以用动能撞击它后非常安全。
【航天器|探索防御小行星撞地球，一颗航天器要去撞开小行星了】
另外，这个目标是1996年发现的，距今已经有25年的时间，由于观测比较多，对其轨道精度和特性了解得比较清楚。紫金山天文台近地天体望远镜持续跟踪观测这个目标，在2015年、2019年、2020年和2021年都对其进行了监测，为提高其轨道精度做出了贡献。
同时，这个目标是被雷达观测过的，大家对其形状、大小、表面材质等物理特性比较了解，可以评估其被撞击后的状态，降低风险。
新京报：为何撞击“双星”系统中较小的卫星？
赵海斌：撞击也是有讲究的。这次任务是撞击双星中较小的“卫星”Dimorphos ，撞击后， Dimorphos会改变绕主星Didymos的旋转速度，但不会脱离主星的引力束缚，只是减小了卫星的绕转周期。如果“追尾”撞击，相当于给卫星加速，如果撞不好，说不定使卫星脱离轨道，反倒有可能威胁地球。
当然，也可以撞击主星，但是主星相对于太阳的公转周期的改变在观测上很难显现出来。而撞击双星中的卫星，其绕主星的旋转周期改变很容易看出来，因此有利于评估撞击效果。
航天器明年9月底到达任务指定位置
新京报：航天器将何时开展撞击任务？
赵海斌：Didymos双小行星系统每20年到达地球附近，下次接近地球是在2022年10月4日，届时距离地球最近约1066万公里，这正是DART任务选择的撞击窗口。
11月24日航天器发射，明年9月底正好可以到达指定位置。此时，该小行星系统亮度达到14.5等（星等是衡量天体光度的量，星等值越小，目标就越亮），是视亮度最亮的时间段，对于地面上的光学望远镜和雷达来说，有非常好的观测条件，有利于地面观测设施全程监测评估撞击过程。