NASA团队介绍其行星防御任务DART的不可预测性

NASA去年11月启动了“双小行星重定向测试”（DART）任务，其目标是一个名为Didymos的双小行星系统。该系统由较大的Didymos小行星组成，直径为780米，该系统中较小的是一颗名为Dimorphos的卫星，直径为160米，将成为小行星撞击航天器的目标。

Dimorphos远远小于导致恐龙灭绝的那种小行星，后者被认为直径约有10至15公里。但是，它仍然是那种如果撞击地球就会产生一个相当大的陨石坑并导致大规模伤亡的小行星。重要的是，Didymos不可能发生这种情况，因为它在一个完全不同的路径上，但它目前离我们的星球很近，确实使它成为DART任务的完美测试平台，正如来自约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的任务科学家Terik Daly向New Atlas解释的那样。

“首先，Didymos是一个双小行星系统，”Daly说。“DART将撞上较小的小行星Dimorphos，并改变较小小行星围绕较大小行星的轨道。这使得DART成为这项技术的安全测试，因为我们没有改变较大小行星围绕太阳的轨道。其次，Didymos系统在今年（北半球）秋季将足够接近地球--但不会撞击地球--因此地面上的望远镜将能够测量DART撞击对Dimorphos轨道的影响。在未来的几十年里，没有已知的双小行星能提供类似的机会。”

锁定目标

任务科学家已经战略性地规划了DART航天器为期10个月的旅程，以便在距离地球相对较近的时候撞上Dimorphos，即大约1100万公里。目前，Dimorphos围绕Didymos的轨道周期为11小时55分钟。通过将小卫星撞离轨道，DART有望将这一轨道缩短数分钟。

当DART以超过22500公里/小时的速度接近其目标时，该团队将不得不让探测器在其最后时刻自行处理。航天器将由用于光学导航的Didymos侦察和小行星照相机（DRACO）仪器引导，该仪器将在接近小行星时捕捉图像，并使DART能够自主地朝其目标导航，在一个自我引导的螺旋中完全湮灭。

衡量成功

大约两星期前，DART航天器部署了一个较小的辅助航天器，称为“ Light Italian CubeSat”。它将随时待命，充当碰撞事件的“摄影师”，捕捉弹射云和迪Dimorphos 表面上任何潜在陨石坑的图像。此外，驻扎在地球各地的强大的望远镜将对准这个双小行星系统，准备检测轨道路径的变化。

DRACO的副仪器科学家Daly表示：“Dimorphos在撞击后将沿着一条新的路径围绕Didymos运行，而不是撞击前的路径。地面上的望远镜将通过测量Dimorphos的轨道周期的变化来测量这条新的路线。”

进入未知世界

在设计一个以将小行星撞离轨道的想法为中心的行星防御系统时，有许多问题需要考虑。在台球游戏中，母球撞击彩球的速度和角度将决定其路径和击球的成功。在某些方面，DART任务也遵循类似的原则。但是你必须确保母球足够大，以产生预期的影响，正如设计指导系统的Mark Jensenius所解释的那样，该系统将引导DART度过它的最后时刻。

“改变Dimorphos路径的关键是将线性动量从航天器转移到小行星上，”他告诉New Atlas。“转移的线性动量是航天器质量与航天器撞击时相对于Dimorphos的速度的乘积。通过仔细的迭代和优化，研究小组得出了一个名义上的航天器质量和轨迹，既可行又能产生所需的线性动量。一旦确定了撞击的几何形状，航天器的其他设计也就随之而来。”

虽然这可能看起来只是两个天体之间的动能撞击使其中一个进入了新的轨道，但还有其他因素在起作用，而且有些因素并不那么好理解。科学家们在撞击发生后才知道会有多少尘埃和碎片产生，因此他们在Dimorphos的新路径成形后才知道这将产生什么影响。据DART任务设计负责人、约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的航空航天工程师Justin Atchison说，就这项技术如何帮助我们保卫我们的星球免受未来小行星的影响而言，这可能是DART任务最宝贵的经验之一。

“我们特别关心传递的动量，而不是动能，”Atchison告诉New Atlas。“也就是说，DART的线性动量有多少将被转移到Dimorphos的轨道上。数学是很好理解的，但是方程中有一个重要的未知参数，叫做Beta，我们正试图用撞击后的观测来测量它。Beta值是衡量撞击喷出物对传给 Didymos的总动量变化的影响程度。这很重要，因为它意味着Dimorphos轨道的有效变化被放大了。这是一个需要了解的重要参数，因为它关系到你可能期望一个可操作的（假设的）动能撞击器的性能如何。许多复杂的模型被用来预测Beta，其结果有很大的差异。除其他事项外，DART将有助于校准这些模型。"

DART航天器计划在美国东部时间9月26日晚上7点14分与 Dimorphous 相撞，由DRACO收集的图像将实时传回地球。除了从望远镜和“ Light Italian CubeSat”卫星进行撞击后的观测外，欧洲航天局的Hera任务将在2024年向该双小行星系统发射一个探测器，从近距离研究其后效应。这可能会看到DART任务转化为一种行星防御技术，以应对未来那些离地球太近的小行星。