【文/觀察者網(wǎng) 李澤西】

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

北京時(shí)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(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開展的“雙小行星改道測(cè)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(xiàng)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(zhǎng)寬均為1.3米，重量?jī)H570公斤。用它撞擊重?cái)?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(shí)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(duì)比，“DART”太陽能電池板展開后長(zhǎng)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(cè)試”還包括子探測(cè)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(cè)器是意大利首次獨(dú)自運(yùn)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(cè)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(dú)自的參與，歐洲航天局還計(jì)劃于2024年發(fā)射“Hera”探測(cè)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(cè)，包括撞擊給“雙衛(wèi)一”所帶來的動(dòng)量和撞擊隕坑的形態(tài)，以全面評(píng)估此次撞擊的“效率”，從而提高人類對(duì)于如何最有效地改變小行星軌跡的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

如果“雙衛(wèi)一”是一顆堅(jiān)固的實(shí)心小行星，那么航天器只能在其表面砸出一個(gè)小坑，“雙生星”與“雙衛(wèi)一”之間的距離會(huì)有所縮短；但如果“雙衛(wèi)一”是由大量碎巖組成的，撞擊會(huì)把大量巖石送入太空，如同“發(fā)動(dòng)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(shí)地改變小行星軌跡

美國(guó)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(jì)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(cè)小行星特性，為“雙小行星改道測(cè)試”探路。然而，歐洲航天局由于德國(guó)選擇專注探索火星，拒絕提供足夠經(jīng)費(fèi)而放棄了自己的計(jì)劃，改為附屬美國(guó)航天局的計(jì)劃。

“雙小行星改道測(cè)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(hào)”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?yàn)椤矮C鷹9號(hào)”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(dòng)識(shí)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(shí)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(cè)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(cè)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(duì)地球構(gòu)成潛在危險(xiǎn)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(xiàng)目純粹為了科學(xué)和測(cè)試意義。NASA和歐洲航天局均稱撞擊力度只會(huì)改變“雙衛(wèi)一”的軌跡不到1%，不足以使得這兩個(gè)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(jì)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(guó)阿雷西博天文臺(tái)證實(shí)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(chǎng)差不多（圖源：NASA）

“雙衛(wèi)一”在2020年正式獲國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)（IAU）起名為“Dimorphos”，在希臘語中意為“有兩種形態(tài)”；根據(jù)國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)，這凸顯“‘雙衛(wèi)一’將是首個(gè)受人為干涉（撞擊）而改變運(yùn)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(cè)試”航天器看到時(shí)將是一個(gè)形態(tài)，2027年“Hera”探測(cè)器所觀測(cè)到的將是另一個(gè)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(yùn)行，軌道周期為11小時(shí)55分鐘。NASA逆著“雙衛(wèi)一”的運(yùn)行軌道撞擊它，降低其時(shí)速約1.5米，從而使其按照更小的橢圓軌道運(yùn)行，同時(shí)降低其軌道周期10分鐘（成為11小時(shí)45分鐘）。這是因?yàn)镹ASA認(rèn)為，如果從相反方向撞擊，將其軌道周期延長(zhǎng)至12小時(shí)左右，或與地球的晝夜循環(huán)高度重合，恐增添測(cè)量難度。

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

如何避免恐龍滅絕的命運(yùn)？

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(gè)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(shí)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(yùn)動(dòng)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(dòng)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(gè)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(cè)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(shí)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(guó)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(jì)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(guó)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(duì)于來自小行星威脅的擔(dān)憂。

《不要抬頭》劇照

在現(xiàn)實(shí)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(shí)是個(gè)可行的方案，且成功率和效率其實(shí)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(cè)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(xiǎn)。地球上多國(guó)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(cè)，避免臨時(shí)發(fā)現(xiàn)撞地小行星。

今年4月，美國(guó)國(guó)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(guó)未來十年的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。

“雙小行星改道測(cè)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(dòng)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(dòng)?！?

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?yàn)閾?jù)撞擊預(yù)計(jì)時(shí)間較久的話，較小的軌跡改動(dòng)也隨著時(shí)間和距離而產(chǎn)生較大的位置改動(dòng)，從而能夠輕松化解潛在威脅。

據(jù)長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭總設(shè)計(jì)師兼總指揮龍樂豪7月介紹，中國(guó)或?qū)⒂?026年獨(dú)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(chǎng)昂貴的作秀？

對(duì)于此次發(fā)射，行業(yè)專家的看法褒貶不一。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人查博特認(rèn)為，這次測(cè)試非常重要，以確保等到需要的時(shí)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(duì)于小行星可謂毫無防備，這次測(cè)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(cè)試”目的在與測(cè)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(xiàng)目具體實(shí)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(duì)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(jì)算也基本靠譜”，專門為此立項(xiàng)合理性不足。

該項(xiàng)目共耗費(fèi)NASA超過3億美元。2005年的“深度撞擊號(hào)”就曾撞擊“坦普爾1號(hào)” 彗星，那次的目標(biāo)是探測(cè)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(hào)”撞擊產(chǎn)生的能量接近引爆5噸TNT炸藥，而撞擊速度相對(duì)較慢的“雙小行星改道測(cè)試”航天器撞擊產(chǎn)生的能量?jī)H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(cè)，因此也無需大力撞擊。

“深度撞擊號(hào)”撞擊“坦普爾1號(hào)” 彗星瞬間

北京理工大學(xué)空間政策與法律研究院院長(zhǎng)王國(guó)語認(rèn)為，雖然驗(yàn)證行星防御能力對(duì)于保障人類免受小行星撞擊風(fēng)險(xiǎn)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(yàn)證也應(yīng)考慮相關(guān)信息的公開透明，并應(yīng)鼓勵(lì)以國(guó)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(guó)科學(xué)院國(guó)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(duì)有朝一日的撞地小行星不太可行。他表示，這個(gè)實(shí)驗(yàn)非技術(shù)意義更大，“像NASA為國(guó)會(huì)進(jìn)行的一場(chǎng)表演，為了獲取更多的撥款”。

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