去年九月，美國國家航空航天局（NASA）的雙小行星重定向測試（DART）航天器撞擊了一顆小行星，故意改變了這顆岩石在太空中的軌道，這是行星防禦的首次測試。現在，科學家們已經解構了這次碰撞及其後果——並瞭解了人類對宇宙的這一擊是多麼成功。
DART的大小與高爾夫球車相當，它撞擊了一顆大金字塔大小的小行星，名為迪莫弗斯。研究人員今天在《自然》雜誌上報告稱，這次撞擊導致這顆小行星繞另一塊太空岩石執行的軌道縮小——迪莫弗斯現在完成一次軌道執行的時間比撞擊前快了33分鐘。這意味著，如果探測到一顆危險的小行星正朝地球飛來，撞擊它的任務很可能能夠將其從地球軌道上轉移開。
DART的成功之前已被報道；現在，《自然》雜誌上的五項研究描述了撞擊的最後時刻以及它如何影響了小行星。其中一組將航天器的軌跡資料與撞擊前不久拍攝的小行星表面照片結合起來。當DART以每秒超過6公里的速度衝向迪莫弗斯時，第一個撞擊的部分是它的太陽能電池板之一，它撞上了一塊6.5米寬的巨石。幾微秒後，航天器的主體撞上了巨石旁邊的岩石表面——價值3.3億美元的DART撞成了碎片。
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撞擊從迪莫弗斯43億公斤的質量中噴射出至少一百萬公斤的岩石。碎片形成了一條尾巴，延伸到小行星後方數萬公里。各個望遠鏡在數週內觀察到尾巴在太陽光線的壓力下發生移動和演變；哈勃太空望遠鏡甚至探測到了第二條尾巴，這條尾巴在撞擊後18天就消失了。
迪莫弗斯寬151米，繞著更大的小行星迪迪莫斯執行。NASA的目標是充分改變迪莫弗斯的軌道，使天文學家能夠透過使用地面望遠鏡監測這對小行星隨著時間推移的亮度變化來發現這些變化。這兩顆小行星都不是，也永遠不會對地球構成威脅。
在DART於9月26日接近迪莫弗斯時拍攝的影像顯示，這顆小行星看起來像一個佈滿巨石的雞蛋。它似乎是由重力勉強結合在一起的鬆散碎石堆——其表面可能會在DART撞擊時壯觀地破碎。
碰撞測試
馬里蘭州勞雷爾市約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的行星科學家卡羅琳·恩斯特說，發現更多細節有助於研究人員理解為什麼這次撞擊如此成功地推動了小行星。
一個因素是航天器撞擊了小行星中心附近約25米的位置，最大限度地發揮了其撞擊力。另一個因素是大量小行星碎石從撞擊中向外飛出。這種力量的反衝力將小行星進一步推離了之前的軌道。研究人員估計，這種碎石噴射意味著迪莫弗斯增加的動量幾乎是DART賦予動量的四倍。
研究人員表示，儘管NASA僅在一顆小行星上演示了這項技術，但結果可能廣泛適用於未來的威脅。“這意味著，如果存在威脅，我們可以快速設計一個偏轉小行星的任務，並且我們知道這很有可能有效，”位於加利福尼亞州山景城的SETI研究所的弗蘭克·馬奇斯說，他同時也是位於馬賽的望遠鏡製造商Unistellar的首席科學官。
“如果你在30年前問我，‘我們能確信我們不會在下週二被一顆巨型殺手小行星消滅嗎？’我不得不說不，”華盛頓特區NASA總部的DART專案科學家湯姆·斯塔特勒補充道。現在，天文學家已經勘測了天空，以識別幾乎所有危險的小行星——而且現在DART已被證明有效——“當發現新的東西時，我們將知道該怎麼做”，他說。
研究人員正在繼續分析DART資料，以更多地瞭解迪莫弗斯和迪迪莫斯的物理學、化學和地質學。這項工作正在一個由馬奇斯共同領導的業餘天文學家網路的支援下進行。該網路的成員在撞擊發生之前、期間和之後使用他們的望遠鏡觀察了這些小行星。他們發現，在航天器撞擊後，岩石似乎立即變得明顯更紅。
北亞利桑那大學弗拉格斯塔夫分校的行星科學家克里斯蒂娜·托馬斯在美國地球物理聯盟的12月會議上報告說，NASA的夏威夷紅外望遠鏡設施發現了後來發生的顏色變為藍色的現象。“我們認為這很可能是因為我們從迪莫弗斯丟擲了大量物質，”她說。撞擊穿透了小行星風化的內部，露出了其內部的一部分，使小行星在撞擊後幾個小時內暫時呈現藍色。
科學家們將在2026年末，當歐洲航天局的Hera航天器抵達迪莫弗斯時，近距離觀察撞擊的後果。研究人員渴望看到DART撞擊留下了什麼樣的撞擊坑。與此同時，詳細的科學觀測將持續數週，直到迪迪莫斯和迪莫弗斯遠離地球，變得太暗以至於許多望遠鏡無法看到，然後執行到太陽背後。
“仍然能夠觀察正在發生的事情的演變真是令人興奮，”托馬斯說。
本文經許可轉載，並於2023年3月1日首次發表於《自然》雜誌。