这艘 NASA 飞船将撞上小行星——练习拯救地球

DART 任务将尝试改变无害小行星的轨道，这项技术有朝一日可以保护地球免受世界末日的影响。

与太阳系的许多岩石天体一样，地球上也有小行星撞击留下的伤疤——包括一些塑造生命弧本身的冲击波。例如，大约 6600 万年前，一颗 6 英里宽的小行星在墨西哥尤卡坦半岛附近撞击地球，引发了一场大灭绝，灭绝了非鸟类恐龙。

现在，在我们星球的历史上第一次，地球将进行反击。

太平洋时间 11 月 23 日晚上 10 点 21 分，美国宇航局一项名为 DART（双小行星重定向测试）的任务从加利福尼亚州范登堡太空部队基地发射升空，开始了为期近一年的绕太阳航行。如果一切顺利，DART 的旅程将在 2022 年 9 月 26 日晚上结束，届时高尔夫球车大小的航天器将有意撞上一颗名为 Dimorphos 的小行星，毫无防备。

Dimorphos 是一种无害的太空马铃薯，一个 525 英尺宽的“小卫星”，每 11 小时 55 分钟绕一颗名为 Didymos 的更大小行星运行。DART 的任务是以大约每小时 15,000 英里的速度撞击 Dimorphos，改变小卫星围绕其母体的轨道。之所以选择 Dimorphos 这个名字，在希腊语中意为“有两种形式”，因为这颗小行星在 DART 之前会有一种形式，在 DART 之后会有一种形式。

DART 与 Dimorphos 的碰撞将摧毁航天器，但它也会导致小卫星进入更紧密、更短的环绕 Didymos 的轨道，天文学家将使用地球望远镜进行测量。这项耗资 3.3 亿美元的任务是首次对可用于避免未来小行星撞击的技术进行全面测试——这种自然灾害与地震和火山不同，人类可以提前很多年进行预测。

美国宇航局局长比尔·纳尔逊说：“这是地球——地球上所有人民——的一项任务，因为我们都会受到威胁。” “我对 DART 非常感兴趣。......如果他们将我连接到我可以观看这件事的地方[碰撞]，我向你保证，我会被粘在屏幕上。”

Didymos 和 Dimorphos 对地球没有威胁，并且已知的小行星至少在数百年内不会与我们的星球相撞。但专家们经常说，地球进入天体射击场只是时间问题，而不是是否会出现问题。

“我告诉人们，行星防御或近地观测并不是 NASA 需要做的最优先的事情——但总有一天它可能是 NASA 所做的最重要的事情，”航天局行星防御说警官林德利·约翰逊。

近地天体

类似 DART 的偏转器的效果与我们对天空的调查一样有效——这是争取时间的关键。“DART 可能是行星防御的高调结束，但它只是行星防御的一部分，”DART 协调负责人 Nancy Chabot 说，他是马里兰州劳雷尔市约翰霍普金斯大学应用物理实验室 (APL) 的科学家。

几十年来，美国宇航局和其他航天机构一直在寻找其路径穿过地球轨道的小行星，并预测它们未来的运动。目标是了解我们几个世纪以来面临的风险，以免我们措手不及。

“好莱坞电影使它非常戏剧化和娱乐化，但在现实世界中，我们不想处于那种情况，”约翰逊说。

到目前为止，天文学家已经发现了 890 颗大于 1 公里（0.6 英里）宽的近地小行星，占预期总数的 95% 以上——而且至少在接下来的几个世纪里，它们都不会构成撞击风险。然而，小至 140 米（460 英尺）宽的小行星仍然可以摧毁美国一些州那么大的区域，而且其中许多天体尚未被发现。计算机模型表明，大约有 25,000 颗至少 140 米宽的近地小行星，而到 2021 年底，我们只发现了其中的大约 10,000 颗。

即将建成的天文台，包括计划中的 NASA 太空望远镜，称为近地天体测量员，应该会加快发现的步伐。如果使用这些仪器的天文学家发现了一颗轨道与地球轨道相交的小行星，人类的反应将取决于我们有多少提前通知。

如果在撞击前几个月才发现了一颗大型小行星，我们唯一的选择之一就是在该物体旁边引爆核武器。爆炸产生的 X 射线会蒸发小行星表面的一部分，产生像火箭推力一样的喷射物并推动小行星，希望足以让它脱离碰撞过程。

但是，如果在预测撞击之前发现一颗不太大的小行星，那么解决方案就不需要核武器。像 DART 这样的活泼航天器——被称为“动能撞击器”——可以被发送到与小行星相撞并稍微调整其轨道。多年来，这种微小的偏差会导致小行星路径发生重大变化，足以使该物体无害。

碰撞测试

建造航天器的 APL 研究人员花了十多年时间思考像 Didymos 和 Dimorphos 这样的双小行星系统如何提供一个有用、安全的地方来测试动力撞击器。调整小行星绕太阳运行的轨道可能会产生无法预料的后果，例如无意中将其置于遥远的未来与地球相撞的轨道上。相反，DART 将调整较小小行星围绕较大小行星的轨道，实际上对双星对的整体路径没有影响。

DART 面临的最艰巨的技术挑战：在航天器以接近每小时 15,000 英里的速度向它倾斜时确定 Dimorphos 的位置。“我们不知道 Dimorphos 实际上是什么样子，”APL 的埃琳娜·亚当斯 (Elena Adams) 说，她是 DART 的任务系统工程师。“它可能是一块狗骨头；它可能是一个甜甜圈。”

为确保 DART 达到目标，任务工程师开发了一种称为 SMART Nav的制导系统，该系统将使航天器使用机载望远镜自主返回 Dimorphos。

在其大部分旅程中，DART 几乎没有什么可继续的。航天器在撞击前四个小时才能看到更大的小行星 Didymos，而 Dimorphos 本身要到放映时间前一个小时才会出现。到 DART 完成其最后的轨迹校正时——在两分钟和 500 英里直到被遗忘——Dimorphos 在 DART 的视野中将只有 41 个像素。

当它朝着目标尖叫时，DART 会尽可能多地发回 Dimorphos 的图像，可能在撞击前每 2.5 秒发送一次。这些最终图像中捕获的地形对于了解 DART 对其目标造成的打击至关重要，因为从小行星上抛出的喷射物数量将取决于航天器撞击的位置。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室研究小行星偏转的科学家梅根·布鲁克·赛尔 (Megan Bruck Syal) 说：“对于它着陆的细节有很多敏感度：它是否碰巧落在了巨石上，或者碰巧落在了更精细的材料中。”模拟。

DART 究竟会在多大程度上推动 Dimorphos 尚不清楚，但航天器的创造者相信它会产生足够的冲击力。为了让 NASA 认为 DART 取得成功，撞击需要将 Dimorphos 围绕 Didymos 的轨道缩短至少 73 秒。DART 的团队预测，航天器最多可以缩短 10 分钟。

跟进

DART 在它的最后时刻不会孤军奋战。大约在撞击前 10 天，航天器将弹出一个名为 LICIACube 的小型立方体卫星。由意大利航天局建造和运营的 LICIACube 将在 DART 接触后 165 秒飞过 Dimorphos。

一路上，这艘小宇宙飞船将拍摄 Dimorphos 新损坏的表面和撞击产生的不断膨胀的碎片羽流。LICIACube 甚至可以捕捉到撞击产生的闪光。“我们是实时见证人，”意大利航天局 LICIACube 项目经理 Simone Pirrotta 说。

CubeSat 的有利位置对于 DART 的任务至关重要：科学家们需要精确计算 DART 转移到 Dimorphos 的动量有多少，这意味着他们必须注意碰撞将喷出的喷射物的不断增长。

DART 调查小组负责人、APL 的安迪·程 (Andy Cheng) 说：“它会炸掉许多吨材料——可能是数千吨——我们需要知道有多少材料，它的移动速度有多快，以及它的去向。” 11 月 4 日的新闻发布会。

数周后，LICIACube 会将数据传回地球，然后继续在太阳系中漂移，目的达到了。但这不会是最后一个凝视 Dimorphos 表面的航天器。欧洲航天局正在开展一项名为赫拉的后续任务，该任务将于 2024 年发射。赫拉将对 Dimorphos 进行更彻底的调查，像犯罪现场调查员一样仔细观察小卫星的表面。

除了推进行星防御之外，DART、LICIACube 和 Hera 还将通过访问双小行星系统来填补重大的科学空白。这样的访问以前只发生过一次：1993 年，美国宇航局的伽利略号宇宙飞船在前往木星的途中飞过小行星艾达，在那里发现这颗小行星有一颗小行星，现在称为 Dactyl。APL 科学家和 DART 调查小组负责人安迪·里夫金 (Andy Rivkin) 说：“在科学方面，我们从未故意造访过双小行星。”

了解像 Dimorphos 这样的小卫星是如何形成的，将使科学家们深入了解早期太阳系中的形成机制，当时行星本身是从较小的物质中吸积而成的。Rivkin 补充说，由于所有小行星中大约 10% 到 15% 是双星，因此地球的下一个主要小行星威胁很有可能是双星——这使得对这些天体对的研究变得更加重要。

对于 Chabot 来说，DART 最大的希望在于成为众多专注于避免可能发生的小行星末日的任务中的第一个。“这不仅仅是目的本身，”她说。“它开启了一个全新的开始。”