全球首個小行星防禦任務發射,如何防止小行星撞地球?

原標題:全球首個小行星防禦任務發射,如何防止小行星撞地球?

新京報訊(記者 張璐)日期:11月24日下午,美國航空航天局NASA發射「雙小行星重定向測試(DART)」,利用一顆重約550公斤的航天器,以約6.6公里每秒的速度,高速撞擊Didymos雙小行星系統中較小的衛星Dimorphos,驗證動能撞擊防禦小行星技術。

近年來,近地小行星頻繁「造訪」地球,但大多有驚無險。此次任務如何防禦小行星撞擊地球?後續如何評估任務效果?對此,中科院紫金山天文台近地天體探測和太陽系天體研究團組首席科學家趙海斌進行了解答。

通過撞擊改變衛星運行軌道,評估防禦效果

新京報:潛在威脅天體包括哪些?撞擊地球有何後果?

趙海斌:潛在威脅天體是指直徑大於等於140米,且與地球軌道交會距離小於0.05天文單位(約750萬公里)的近地天體,包括小行星和彗星。

地球曾被小行星撞擊過無數次,小行星撞擊可能造成區域性的災難,甚至導致地球生態環境的變化,恐龍滅絕就被認為是小行星撞擊地球後導致的。2013年,俄Rose車裡雅賓斯克州發生小天體撞擊事件。天體在穿越大氣層時摩擦燃燒發生爆炸,產生大量碎片,「隕石雨」墜落造成建築窗戶玻璃破裂,1300多人受傷。

新京報:此次任務為何要撞擊小行星系統?

趙海斌:Didymos小行星於1996年由美國Spacewatch巡天計劃發現。雙星系統中,主星Didymos直徑約780米,衛星Dimorphos直徑約160米,每11.9小時環繞Didymos小行星運行一圈。Didymos雙小行星系統運行在一條環繞太陽的橢圓軌道上,環繞太陽運行一圈需要約770天。

防禦小行星撞擊地球的手段可以歸成兩大類,一種是脈衝式改變小行星軌道,甚至將其摧毀;另一種則是漸變式改變小行星的軌道,直至消除威脅。

DART任務正是通過撞擊改變Dimorphos相對Didymos小行星的運行軌道,使其繞轉周期縮短約10分鐘。通過地面光學測量,可以測量到周期變化,進而估算撞擊產生的速度增量,評估動能撞擊防禦小行星的效率。

撞擊對象已有觀測數據多,幾百年內不會撞地球

新京報:為何選擇Didymos雙小行星系統作為撞擊對象?

趙海斌:Didymos距離地球比較近,也足夠大,所以被列為對地球潛在威脅小行星(PHA)的範疇。但是幾百年內,該雙小行星並不會來撞地球,所以用動能撞擊它後非常安全。

另外,這個目標是1996年發現的,距今已經有25年的時間,由於觀測比較多,對其軌道精度和特性了解得比較清楚。紫金山天文台近地天體望遠鏡持續跟蹤觀測這個目標,在2015年、2019年、2020年和2021年都對其進行了監測,為提高其軌道精度做出了貢獻。

同時,這個目標是被雷達觀測過的,大家對其形狀、大小、表面材質等物理特性比較了解,可以評估其被撞擊後的狀態,降低風險。

新京報:為何撞擊「雙星」系統中較小的衛星?

趙海斌:撞擊也是有講究的。這次任務是撞擊雙星中較小的「衛星」Dimorphos,撞擊後,Dimorphos會改變繞主星Didymos的旋轉速度,但不會脫離主星的引力束縛,只是減小了衛星的繞轉周期。如果「追尾」撞擊,相當於給衛星加速,如果撞不好,說不定使衛星脫離軌道,反倒有可能威脅地球。

當然,也可以撞擊主星,但是主星相對於太陽的公轉周期的改變在觀測上很難顯現出來。而撞擊雙星中的衛星,其繞主星的旋轉周期改變很容易看出來,因此有利於評估撞擊效果。

航天器明年9月底到達任務指定位置

新京報:航天器將何時開展撞擊任務?

趙海斌:Didymos雙小行星系統每20年到達地球附近,下次接近地球是在2022年10月4日,屆時距離地球最近約1066萬公里,這正是DART任務選擇的撞擊窗口。

11月24日航天器發射,明年9月底正好可以到達指定位置。此時,該小行星系統亮度達到14.5等(星等是衡量天體光度的量,星等值越小,目標就越亮),是視亮度最亮的時間段,對於地面上的光學望遠鏡和雷達來說,有非常好的觀測條件,有利於地面觀測設施全程監測評估撞擊過程。

新京報:後續評估具體如何開展?

趙海斌:NASA發射的撞擊任務並不是單一的任務,撞擊後,我們能監測雙星系統短期的變化。2024年10月,歐洲航天局還會發射探測器HERA,探測器將於2026年到達雙星系統的衛星附近,近距離觀測撞擊後衛星上的特徵,以更好地評估撞擊的效果。這兩次任務相當於一套「組合拳」。

新京報:撞擊有何難度?

趙海斌:航天器以約6.6公里每秒的速度進行高速撞擊,是非常快的,相當於從地球上發射一顆子彈,去撞擊在太空中高速飛行的另一顆子彈。所以要對航天器進行精準控制,這是此次任務最大的難點。

新京報:這次任務有何意義?

趙海斌:美國在2005年就曾經用航天器撞擊過彗星「坦普爾一號」,但由於彗星圍繞太陽旋轉,其軌道改變很小,不利於很好地評估。此次任務是全球首個小行星防禦任務,相當於2005年任務的「升級版」,可以很好地評估撞擊的效應,為以後制定防禦策略進行探索。

編輯 白爽 校對 趙琳

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