【文/觀察者網(wǎng) 李澤西】

探月發(fā)射計劃連續(xù)“鴿”了多次的美國航天局NASA，終于有些好消息了：它實現(xiàn)了人類歷史上首次改變小行星軌跡的嘗試。

北京時間27日早上7:14，NASA和約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室聯(lián)合開展的“雙小行星改道測試”（DART）航天器離地球1140萬公里處成功撞擊“65803 雙生星”的衛(wèi)星“雙衛(wèi)一”。這是NASA旗下“行星防御協(xié)調(diào)辦公室”自2016年創(chuàng)立以來的首次“防御”項目。

撞擊前最后幾秒鐘航天器傳回來的圖像（圖源：NASA）

該航天器主體高1.2米，長寬均為1.3米，重量僅570公斤。用它撞擊重數(shù)百萬噸的“雙衛(wèi)一”，似乎完美的詮釋了“以卵擊石”。航天器的撞擊速度達(dá)每秒6.6公里，能夠降低“雙衛(wèi)一”時速約1.5米。

藍(lán)標(biāo)從左到右：“DART”航天器，“雙衛(wèi)一”，“雙生星”尺寸對比，“DART”太陽能電池板展開后長度可達(dá)19米，但是主體遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有這么大（圖源：NASA）

“雙小行星改道測試”還包括子探測器“LICIACube”，在9月12日早上7:14從主航天器剝離，于27日早上7:17飛經(jīng)“雙衛(wèi)一”。該探測器是意大利首次獨自運行的深空探索衛(wèi)星，旨在配合撞擊任務(wù)，收集撞擊后的探測數(shù)據(jù)，并在未來幾天內(nèi)逐漸將所獲數(shù)據(jù)傳輸回地球。

除了意大利獨自的參與，歐洲航天局還計劃于2024年發(fā)射“Hera”探測器，2027年抵達(dá)“雙生星”所在區(qū)域，以開展更加深入的科學(xué)探測，包括撞擊給“雙衛(wèi)一”所帶來的動量和撞擊隕坑的形態(tài)，以全面評估此次撞擊的“效率”，從而提高人類對于如何最有效地改變小行星軌跡的實踐經(jīng)驗。

如果“雙衛(wèi)一”是一顆堅固的實心小行星，那么航天器只能在其表面砸出一個小坑，“雙生星”與“雙衛(wèi)一”之間的距離會有所縮短；但如果“雙衛(wèi)一”是由大量碎巖組成的，撞擊會把大量巖石送入太空，如同“發(fā)動機(jī)”一般的推力將讓兩顆小行星的距離顯著縮短。

NASA撞擊“雙衛(wèi)一”示意圖

人類首次有意識地改變小行星軌跡

美國和歐洲航天局在2015年開展“改變小行星軌跡”的“艾達(dá)任務(wù)”合作，原本計劃歐洲于2021年線進(jìn)行“小行星撞擊任務(wù)（AIM）”來詳細(xì)探測小行星特性，為“雙小行星改道測試”探路。然而，歐洲航天局由于德國選擇專注探索火星，拒絕提供足夠經(jīng)費而放棄了自己的計劃，改為附屬美國航天局的計劃。

“雙小行星改道測試”航天器于2021年11月24日發(fā)射，利用馬斯克旗下“SpaceX”的“獵鷹9號”飛船升天。本來，航天器配有進(jìn)化氙氣推進(jìn)器“NEXT”，利用太陽能提供的能量加速氙粒子到每秒40公里作為推力，不過因為“獵鷹9號”較高的效率，“NEXT”推進(jìn)器幾乎沒有真正用上。

航天器上配備了“SMART Nav”自主“導(dǎo)航”系統(tǒng)，可自動識別和區(qū)分“雙生星”和“雙衛(wèi)一”，據(jù)此與其他數(shù)據(jù)調(diào)整航天器的軌跡。

在9月初，航天器最后確認(rèn)了“雙衛(wèi)一”的軌跡，同時確定其軌跡未受除了引力以外的其他外力的顯著影響，這樣可以肯定其軌跡變化完全源自撞擊。在航天器撞擊“雙衛(wèi)一”的瞬間，它距離地球1140萬公里，光需38秒跨越該距離。

“雙小行星改道測試”航天器（粉）從地球（深藍(lán)）駛向“雙生星”（綠）的途徑（圖源：Phoenix7777）

負(fù)責(zé)這次撞擊的“行星防御協(xié)調(diào)辦公室”，專門檢測和追蹤近地小行星，鑒別飛向地球的大型物體，并提出轉(zhuǎn)移方案。盡管這是該署首次“防御地球”的任務(wù)，且“雙生星”被認(rèn)為是對地球構(gòu)成潛在危險的天體，不過NASA稱地球未來幾百年內(nèi)不受到“雙生星”或“雙衛(wèi)一”的威脅，這次項目純粹為了科學(xué)和測試意義。NASA和歐洲航天局均稱撞擊力度只會改變“雙衛(wèi)一”的軌跡不到1%，不足以使得這兩個天體轉(zhuǎn)而“瞄準(zhǔn)”地球。

根據(jù)NASA提供的定義，“潛在威脅天體”需直徑大于140米，據(jù)地球最近距離為750萬公里以內(nèi)，即地月距離的19.5倍?！半p生星”系統(tǒng)于2003年據(jù)地球718萬公里，根據(jù)撞擊前的數(shù)據(jù)，預(yù)計將于2123年據(jù)地球590萬公里；“雙生星”直徑為780米左右，而“雙衛(wèi)一”直徑為160米左右。

“雙生星”于1996發(fā)現(xiàn)，在2003年被美國阿雷西博天文臺證實有自己的衛(wèi)星，因此被命名為“雙生星”（Didymos）。

“雙生星”直徑與羅馬斗獸場差不多（圖源：NASA）

“雙衛(wèi)一”在2020年正式獲國際天文學(xué)聯(lián)合會（IAU）起名為“Dimorphos”，在希臘語中意為“有兩種形態(tài)”；根據(jù)國際天文學(xué)聯(lián)合會，這凸顯“‘雙衛(wèi)一’將是首個受人為干涉（撞擊）而改變運行形態(tài)的天體”。提出名稱的希臘星球科學(xué)家克萊奧門尼斯·欽加尼斯（Kleomenis Tsiganis）曾表示，“雙衛(wèi)一”由“雙小行星改道測試”航天器看到時將是一個形態(tài)，2027年“Hera”探測器所觀測到的將是另一個形態(tài)。

在27日之前，“雙衛(wèi)一”與“雙生星”中心相距約1190米，此前以近乎正圓（離心率小于0.05）的軌道運行，軌道周期為11小時55分鐘。NASA逆著“雙衛(wèi)一”的運行軌道撞擊它，降低其時速約1.5米，從而使其按照更小的橢圓軌道運行，同時降低其軌道周期10分鐘（成為11小時45分鐘）。這是因為NASA認(rèn)為，如果從相反方向撞擊，將其軌道周期延長至12小時左右，或與地球的晝夜循環(huán)高度重合，恐增添測量難度。

“雙衛(wèi)一”每次經(jīng)過“雙生星”前方時都會遮擋光線；通過測量亮度變化的頻率，科學(xué)家可在未來數(shù)十小時內(nèi)得出其新的軌道周期，從而判斷測試成果。

如何避免恐龍滅絕的命運？

小行星能夠帶來生命，也能毀滅生靈。目前關(guān)于月球形成最普遍接受的看法是“大碰撞說”，即剛形成的地球與一個火星大小的天體碰撞，形成了月球。科學(xué)家認(rèn)為，月球穩(wěn)定了地球的自轉(zhuǎn)，免其不時大規(guī)模改變自轉(zhuǎn)而造成頻繁的大滅絕，月球帶來的潮汐加快了物種“登陸”的速度，月球甚至可能是地殼運動的一大推力。此后撞擊地球的小行星隨身攜帶著地球表層現(xiàn)有的水；在地球形成期間，其高溫不允許大量水分滯留。可以說沒有小行星撞擊，或許就沒有人類。

然而，人們最熟悉的一次小行星撞擊事件恐怕是6600萬年前促使恐龍滅絕的?？颂K魯伯隕石，它直徑約為10公里，重約1億億噸。這促使了所有非鳥類恐龍以及全球75%動植物種滅絕。在當(dāng)代最著名的隕石撞擊事件是2013年車?yán)镅刨e斯克隕石撞擊事件，一個直徑約20米，重約1萬噸的隕石在俄羅斯上空爆炸，致數(shù)千人受傷。

2013年車?yán)镅刨e斯克隕石撞擊事件（圖源網(wǎng)絡(luò)）

相較這兩顆小行星，“雙生星”和“雙衛(wèi)一”不大不小，直徑在100米和1公里之間?！半p生星”重約5.4億噸，而“雙衛(wèi)一”重約480萬噸。相比而言，570公斤重的“雙小行星改道測試”航天器，連小行星的零頭都算不上，能顯著改變“雙衛(wèi)一”的軌跡已實屬不易。

2021年底播出的諷刺電影《不要抬頭》講述的就是小行星即將撞擊地球之際，地球上的美國政府一開始忽略威脅，后因小行星含有珍貴金屬而放棄改變其軌跡的計劃，企圖使用核彈打碎小行星以開采，失敗后引來人類末日。該片意在諷刺多國政府和媒體等組織就氣候變化威脅的不作為，不過也引發(fā)了人們對于來自小行星威脅的擔(dān)憂。

《不要抬頭》劇照

在現(xiàn)實生活中，有研究認(rèn)為用核彈打碎或打偏飛向地球的小行星確實是個可行的方案，且成功率和效率其實都很高，“最后一刻”反應(yīng)過來都可能來得及，但也有研究強(qiáng)調(diào)其不確定性，難以預(yù)測碎片飛行軌跡，可能危機(jī)人類通訊所需的人造衛(wèi)星，且有使用核武器本身的風(fēng)險。地球上多國政府和組織也都在追蹤近地天體的軌跡，并進(jìn)行盡可能遠(yuǎn)期的途徑預(yù)測，避免臨時發(fā)現(xiàn)撞地小行星。

今年4月，美國國家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院發(fā)布了行星科學(xué)“十年規(guī)劃”，將“行星防御任務(wù)”列為美國未來十年的重點項目之一。

“雙小行星改道測試”協(xié)調(diào)負(fù)責(zé)人南?！げ椴┨兀∟ancy Chabot）警告說，如果要讓這種“動能撞擊器技術(shù)”發(fā)揮作用，太空機(jī)構(gòu)必須盡早發(fā)現(xiàn)有威脅的小行星，以便于航天機(jī)構(gòu)執(zhí)行任務(wù)，“這不是你能拖到最后一刻才做的事，你需要提前多年采取行動?！?

根據(jù)2021年的一次模擬，NASA的科學(xué)家認(rèn)為，如果要避免小行星直擊地球，需提前5到10年就進(jìn)行準(zhǔn)備。這是因為據(jù)撞擊預(yù)計時間較久的話，較小的軌跡改動也隨著時間和距離而產(chǎn)生較大的位置改動，從而能夠輕松化解潛在威脅。

據(jù)長征三號甲系列火箭總設(shè)計師兼總指揮龍樂豪7月介紹，中國或?qū)⒂?026年獨立開展小行星軌跡改變的“近地小行星‘2020 PN1’防御系統(tǒng)”任務(wù)。

龍樂豪介紹“近地小行星‘2020 PN1’防御系統(tǒng)”任務(wù)

一場昂貴的作秀？

對于此次發(fā)射，行業(yè)專家的看法褒貶不一。項目負(fù)責(zé)人查博特認(rèn)為，這次測試非常重要，以確保等到需要的時候人類可以改變撞地小行星軌跡。

佛羅里達(dá)理工學(xué)院航空航天、物理學(xué)和空間科學(xué)副教授馬庫斯·威爾德（Markus Wilde）向“Mashable”表示，人類當(dāng)前對于小行星可謂毫無防備，這次測試有助于增強(qiáng)人類防范能力。

貝爾法斯特女王大學(xué)天體物理學(xué)家艾倫·菲茨西蒙斯（Alan Fitzsimmons）認(rèn)為，“雙小行星改道測試”目的在與測試我們從未嘗試的小行星軌跡改變技術(shù)，如果地球面臨小行星撞擊的可能，需采用類似的技術(shù)。

不過，也有專家質(zhì)疑該項目具體實現(xiàn)的目的。航天愛好者，英文電子雜志“Go Taikonauts”創(chuàng)辦人陳藍(lán)向觀察者網(wǎng)表示，航天器質(zhì)量太小，難以對真正有威脅的小行星造成影響，從科學(xué)角度來看，“撞一下拿些數(shù)據(jù)未嘗不可”，但是結(jié)果“靠理論計算也基本靠譜”，專門為此立項合理性不足。

該項目共耗費NASA超過3億美元。2005年的“深度撞擊號”就曾撞擊“坦普爾1號” 彗星，那次的目標(biāo)是探測彗星的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)構(gòu)成，并未刻意嘗試改變其軌跡。不過，“深度撞擊號”撞擊產(chǎn)生的能量接近引爆5噸TNT炸藥，而撞擊速度相對較慢的“雙小行星改道測試”航天器撞擊產(chǎn)生的能量僅約為引爆3噸TNT炸藥。當(dāng)然，由于“雙衛(wèi)一”不停圍繞同一小行星，其軌道變化更易于觀測，因此也無需大力撞擊。

“深度撞擊號”撞擊“坦普爾1號” 彗星瞬間

北京理工大學(xué)空間政策與法律研究院院長王國語認(rèn)為，雖然驗證行星防御能力對于保障人類免受小行星撞擊風(fēng)險有重要意義，但相關(guān)技術(shù)能力也具有潛在的軍事用途；為避免誤解誤判，行星防御能力驗證也應(yīng)考慮相關(guān)信息的公開透明，并應(yīng)鼓勵以國際合作的形式來開展。

陳藍(lán)認(rèn)為，抓取大石頭撞擊小行星意義更大；這就是中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員李明濤、周炳紅等人提出的“以石擊石”設(shè)想。但是用航天器撞擊，以期待采取這種方式面對有朝一日的撞地小行星不太可行。他表示，這個實驗非技術(shù)意義更大，“像NASA為國會進(jìn)行的一場表演，為了獲取更多的撥款”。

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