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地球局|故意撞击小行星,美国航天器首测地球防御技术

地球局|故意撞击小行星,美国航天器首测地球防御技术
2022年10月01日 18:04 新浪网 作者 齐鲁晚报-齐鲁壹点

  记者 赵恩霆 整理

  美东时间9月26日晚间(北京时间9月27日早晨),美国国家航空航天局(NASA)的“双小行星重定向测试(DART)”航天器撞击一颗近地小行星,以期改变其运行轨道。NASA表示,这是世界上首次旨在防御地球免受小行星撞击威胁的测试任务。如果撞击改变了目标小行星的轨道,那将是人类首次改变太空中自然天体的运动。NASA行星科学部主任洛里·格莱兹表示,这次任务开启了一个人类可能有能力阻止小行星撞击地球的时代。

这是NASA发布的小行星Dimorphos图像。

  【改变运行轨道周期】

  美国东部时间9月26日19时14分(北京时间9月27日7时14分),NASA的DART航天器撞击了一个近地双小行星系统中体积较小的一颗小行星Dimorphos,DART航天器搭载的摄像机记录下撞击时的画面。据NASA介绍,撞击发生时,DART航天器的运行速度约为每小时2.25万公里,小行星距离地球大约1100万公里。被撞击的小行星Dimorphos直径大约160米,重约480万吨,环绕另一颗直径大约780米的小行星Didymos飞行,这两颗小行星对地球都没有威胁。

  这是NASA首次开展测试小行星轨道偏移技术的任务,旨在提高防御小行星撞击地球的能力。NASA表示,此次测试任务的主要目标是检验航天器自主导航至目标小行星、刻意与其发生碰撞的能力,并通过地面望远镜测算碰撞使小行星发生轨道偏离的程度。NASA表示,这种技术被称为动能撞击技术。小行星Dimorphos绕Didymos运行一周的时间为11小时55分钟,研究人员预计,这次撞击能将Dimorphos的运行轨道缩短1%,从而使其绕行轨道周期缩短约10分钟。

  DART项目投资3.25亿美元,由NASA和约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室共同执行。DART航天器重约570公斤,主体尺寸与一辆小汽车相当,两侧各有一个完全展开后长约8.5米的太阳能电池板,搭载高分辨率摄像机和自动导航系统。去年11月24日,美国太空探索技术公司(SpaceX)的“猎鹰”9号火箭携带DART航天器,从美国加利福尼亚州范登堡太空军基地发射升空,经过大约10个月的飞行后到达目标区域附近。

  在撞击前15天,由意大利航天局提供的DART航天器同行的轻型小行星成像立方星,从航天器上释放进入太空,用于拍摄DART航天器的撞击过程以及由此产生的喷射物质云的图像。该立方星拍摄的图像将与DART航天器传回的图像一起,帮助研究人员更好地描述动能撞击在偏转小行星时的有效性。由于没有携带大型天线,立方星拍摄的图像将在数周内一张张地传回地球。另外,詹姆斯·韦布空间望远镜和哈勃空间望远镜以及4个地面天文台将轮流进行监测。

这是NASA发布的小行星Dimorphos被撞击前表面的图像。

  【人类不再手无寸铁】

  NASA表示,DART航天器的测试任务将为科研人员提供重要数据,以便能够在发现对地球有潜在撞击危险的小行星时,更好地做好防御准备。预计,欧洲航天局最早将于2024年11月发射“赫拉”任务航天器,预计其2027年抵达预定区域,通过测量和收集双小行星系统的数据,特别是撞击坑和被撞小行星Dimorphos质量的详细数据等,来深入研究这次撞击的影响。

  据NASA官网介绍,“近地天体”是指可在距离地球轨道5000万公里范围内经过的小行星或彗星,而对地球构成潜在威胁的天体是指其运行轨道距地球轨道750万公里以内且直径大于140米的“近地天体”。绝大多数小行星都比较小,每年欲和地球“亲密接触”的绝大部分小行星都在地球大气层中分解殆尽。预计太空中约有2.5万颗直径达到140米的“近地天体”,NASA称,虽然在未来100年内,没有任何已知直径大于140米的小行星有撞击地球的实质性风险,但迄今这类小行星中只有约40%已被探测发现。

这是NASA发布的小行星Didymos(左上)和小行星Dimorphos的图像。

  小行星Didymos在1996年被发现,美国阿雷西博天文台在2003年发现有一个小行星绕Didymos运行。2020年,这颗绕Didymos运行的小行星被国际天文学联合会正式命名为Dimorphos。2003年时,这个双小行星系统距离地球约718万公里。根据此次撞击前的数据,预计到2123年该其距离地球约590万公里。

  动能撞击是目前防御小行星撞击地球的相对简单且技术成熟的方法。利用该技术,人类发射的航天器可以每秒数公里的速度直接撞向有威胁的小行星。NASA表示,DART撞击测试数据将为完善科学计算模型提供数据支撑,这对于“预测和验证动能撞击对行星防御的有效性”至关重要。

  NASA在2016年设立行星防御协调办公室,该机构官员林德利·约翰逊在一份公报中说,DART任务的成功为保护地球免受小行星毁灭性撞击的基本工具箱提供了重要补充。“我们在面对这种类型的自然灾害时,不再是手无寸铁。再加上我们的下一个行星防御任务——能加速搜寻剩余危险小行星的‘近地天体勘测者’项目,当那一天真正来临时,我们将能拯救地球。”

小行星贝努

  【到小行星上采样去】

  除了重启登月计划、推进火星探索等项目外,小行星也一直在NASA太空探索的名单上。两年前,NASA曾完成首次小行星样本采集任务。2020年10月20日,NASA的“奥西里斯-REx”探测器以每小时0.3公里的缓慢速度接近小行星贝努,随后着陆并停留5秒钟收集碎石。随后,“冥王号”启动推进器离开贝努表面。这一项目耗资10亿美元,NASA希望通过分析小行星样本,了解太阳系的形成和地球上生命的起源,以及太阳风如何影响贝努这样的小行星。

  黑色的贝努形成于太阳系历史的前1000万年,距今约45亿年前,蕴含源自太阳系早期的物质。它由大量碎石构成,直径约500米,距离地球约3.2亿公里。贝努可能诞生于火星和木星之间的小行星带,但由于太阳光热量抵达小行星时产生的轻微推动力以及其他天体引力,这颗小行星越来越接近地球。因此,贝努被划分为具有潜在危险性的小行星,预计2175年至2199年期间撞击地球的可能性约为2700分之一。虽然可能性很小,但出于安全考虑,科学家仍密切关注其运行路线。

  “奥西里斯-REx”探测器是在2016年9月从佛罗里达州卡纳维拉尔角航天港发射升空的,在2018年的最后一天进入绕贝努运行的轨道,并开始寻找收集样本的理想地点。由于距离遥远,NASA在地球上的团队看到采样过程有18.5分钟的延时。因此,“奥西里斯-REx”是自动执行整套着陆采样操作的。预计,该航天器将于2023年9月带着样本返回地球。

  NASA估计,“奥西里斯-REx”的机械臂掘进贝努粗糙且易碎的表面48厘米深,采集了约400克样本。不过,采样完成后不久NASA便宣布,传回地球的图像显示,一块岩石卡住“奥西里斯-REx”收集样本的容器盖,导致容器无法闭合,碎石样本发生泄漏。对此,地面控制人员只能让样本容器尽快进入返回舱,取消了原定的样本称重环节。

  据报道,日本太空机构早在2005年就已发射“隼”号小行星探测器,并于2010年成功带回小行星样本。此后,其他太空机构的小行星采样任务均未成功。

  (据新华社、中国科学报等)

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