NASA 的双小行星重定向测试 (DART) 是地球首次尝试发射航天器以有意碰撞并偏转小行星作为行星防御技术。2022 年 9 月 26 日，DART 航天器与一颗名为 Dimorphos 的小行星卫星相撞，后者围绕一颗名为 Didymos 的较大小行星运行。这两颗小行星都不会对地球构成威胁，但它们代表了相似的天体，有朝一日可能会接近地球并危及地球。
在 2023 年 3 月 1 日发表在《自然》杂志上的四篇论文中，包括马里兰大学天文学家在内的 DART 团队详细介绍了 DART 的成功撞击、碰撞背后可能的物理学、对从小行星喷出的碎片的观察以及 Dimorphos 的计算' 轨道变化。这些发现证实了将小行星等近地天体重定向作为行星防御措施的可行性。
“我们还不能阻止飓风或地震，但我们最终了解到，我们可以通过足够的时间、警告和资源来防止小行星撞击，” UMD 天文学教授兼 DART 调查工作组负责人Derek Richardson说。“如果有足够的时间，小行星轨道的一个相对较小的变化就会导致它错过地球，从而防止在我们的星球上发生大规模破坏。”
DART 任务比预期更成功
Richardson 和他在 UMD 天文学系的同事Jessica Sunshine教授和首席研究科学家Tony Farnham在研究 DART 任务使小行星偏离地球路径的有效性方面发挥了关键作用。
法纳姆在计算准确解释事件观察所需的几何条件和尺寸方面发挥了重要作用。使用来自航天器工程师和Didymos 光学导航侦察和小行星相机 (DRACO) 的数据，Farnham 帮助确定了 DART 航天器在接近 Dimorphos 时正在观察什么。
“在处理航天器的观测时，我们需要了解航天器相对于小行星、太阳和地球在太空中的位置，以及它在任何给定时间所面对的位置，”法纳姆解释说。“有了这些信息，我们就有了做出推测和评估我们工作的背景。”
由于 Farnham 的工作，DART 团队获得了关于撞击的一般时间线、撞击地点的位置和性质以及 Dimorphos 的大小和形状的重要信息。令团队惊讶的是，他们发现这颗小行星是一个扁球体，或者说是一个稍微压扁的球体，而不是理论预测中预期的更细长的形状。
“Didymos 和 Dimorphos 的形状都比我们预期的更柔软——看起来更像花生酱 M&M 而不像花生 M&M，”Sunshine 说。“这种形状也挑战了我们对此类小行星如何形成的一些先入之见，并使 DART 背后的物理学复杂化，因为它促使我们重新思考我们目前的双星小行星模型。”
除了 Dimorphos 的不规则形状外，科学家们还注意到这颗小行星的表面明显呈砾石状和块状。这种地貌特征可能影响了陨石坑的形成、喷射物(从撞击中排出的碎片)的数量和物理特性，以及类似 DART 撞击的动量。
Sunshine 曾担任 UMD 领导的 NASA深度撞击任务的副首席研究员，他观察到这些不同的质地质量导致了不同的撞击结果——这对于评估 DART 航天器如何成功地将 Dimorphos 从其原始轨道重定向至关重要。
“深度撞击任务与一颗彗星相撞，彗星表面由细小且大部分均匀的颗粒组成，”Sunshine 解释道。“与 DART 撞击巨石地形后看到的丝状结构相比，深度撞击导致更均匀的碎片扇形。事实证明，DART 引起的喷射物的运动确实对 DART 任务的成功产生了深远的影响。”
来自撞击碎片的额外推动缩短了 Dimorphos 的轨道
DART 航天器并不是 Dimorphos 撞击的唯一动力提供者;当航天器撞上小行星卫星时，猛烈喷出的碎片造成了额外的推力。
“与单独被 DART 航天器撞击相比，Dimorphos 的撞击产生了如此多的碎片，其推动效率提高了大约 3.5 倍，”Richardson 解释说，他帮助计算和验证了 DART 航天器和 Dimorphos 之间传递的动量。
根据计算小行星喷射物方向的法纳姆的说法，当团队测量到小行星轨道的变化超过了团队更为保守的预期时，这一发现得到了证实。轨道周期的差异，或者一个天体围绕另一个物体完成一圈旋转所需的时间长度，表明 Dimorphos 围绕 Didymos 的轨道发生了变化。
“在撞击前，我们预计撞击只会将 Dimorphos 的轨道缩短大约 10 分钟，”Farnham 说。“但在撞击之后，我们了解到轨道周期进一步缩短，将通常 12 小时的轨道周期缩短了 30 分钟多一点。换句话说，喷出的物质起到了喷流的作用，将月球推离了原来的轨道。”
跟进赫拉任务
DART 任务代表了针对小行星等近地天体制定适当的行星防御策略的重要的第一步。
DART 团队预计即将于 2024 年 10 月发射的欧洲航天局Hera 任务将揭示有关 DART 撞击地点的更多信息。到 2026-27 年，Hera 航天器将重新访问包含 Dimorphos 和 Didymos 的双星小行星系统，并首次评估两颗小行星的内部特性，从而更详细地分析 DART 撞击对该系统的影响以及太阳系背后的地球物理学形成。
“我们对 Dimorphos 和 Didymos 仍然知之甚少，因为我们只看到了外表，”Sunshine 说。“他们的内部结构是什么样的?两者之间的孔隙率有差异吗?这些是我们需要回答的问题类型，以真正了解我们的偏转效果如何以及像那些小行星这样的天体是如何形成和演化的。”
虽然 Hera 任务仍处于建设阶段，但 DART 及其前身(如 Deep Impact)的研究仍然提供了大量信息，说明人类如何开发其他方法来保护地球免受小行星和彗星的接近。得益于已故杰出大学天文学教授 Mike A'Hearn领导的动力学冲击测试计划和行星防御研究的遗产，UMD 天文学家拥有独特的能力来评估和推进行星规模的冲击实验。理查森、阳光、法纳姆和他们的同事希望通过继续帮助开创减轻小行星威胁的新方法来纪念导致 DART 的工作。
“这些论文只是即将发表的关于 DART 任务的第一批成果，”法纳姆说。“但目前正在进行的数十项研究将帮助我们进一步了解行星防御的影响和意义，同时发现更多有趣的现象。”
新的NASA DART数据证明小行星偏转作为行星防御策略的可行性
NASA 的双小行星重定向测试 (DART) 是地球首次尝试发射航天器以有意碰撞并偏转小行星作为行星防御技术。2022 年 9 月 26 日，DART 航天器与一颗名为 Dimorphos 的小行星卫星相撞，后者围绕一颗名为 Didymos 的较大小行星运行。这两颗小行星都不会对地球构成威胁，但它们代表了相似的天体，有朝一日可能会接近地球并危及地球。
在 2023 年 3 月 1 日发表在《自然》杂志上的四篇论文中，包括马里兰大学天文学家在内的 DART 团队详细介绍了 DART 的成功撞击、碰撞背后可能的物理学、对从小行星喷出的碎片的观察以及 Dimorphos 的计算' 轨道变化。这些发现证实了将小行星等近地天体重定向作为行星防御措施的可行性。
“我们还不能阻止飓风或地震，但我们最终了解到，我们可以通过足够的时间、警告和资源来防止小行星撞击，” UMD 天文学教授兼 DART 调查工作组负责人Derek Richardson说。“如果有足够的时间，小行星轨道的一个相对较小的变化就会导致它错过地球，从而防止在我们的星球上发生大规模破坏。”
DART 任务比预期更成功
Richardson 和他在 UMD 天文学系的同事Jessica Sunshine教授和首席研究科学家Tony Farnham在研究 DART 任务使小行星偏离地球路径的有效性方面发挥了关键作用。
法纳姆在计算准确解释事件观察所需的几何条件和尺寸方面发挥了重要作用。使用来自航天器工程师和Didymos 光学导航侦察和小行星相机 (DRACO) 的数据，Farnham 帮助确定了 DART 航天器在接近 Dimorphos 时正在观察什么。
“在处理航天器的观测时，我们需要了解航天器相对于小行星、太阳和地球在太空中的位置，以及它在任何给定时间所面对的位置，”法纳姆解释说。“有了这些信息，我们就有了做出推测和评估我们工作的背景。”
由于 Farnham 的工作，DART 团队获得了关于撞击的一般时间线、撞击地点的位置和性质以及 Dimorphos 的大小和形状的重要信息。令团队惊讶的是，他们发现这颗小行星是一个扁球体，或者说是一个稍微压扁的球体，而不是理论预测中预期的更细长的形状。
“Didymos 和 Dimorphos 的形状都比我们预期的更柔软——看起来更像花生酱 M&M 而不像花生 M&M，”Sunshine 说。“这种形状也挑战了我们对此类小行星如何形成的一些先入之见，并使 DART 背后的物理学复杂化，因为它促使我们重新思考我们目前的双星小行星模型。”
除了 Dimorphos 的不规则形状外，科学家们还注意到这颗小行星的表面明显呈砾石状和块状。这种地貌特征可能影响了陨石坑的形成、喷射物(从撞击中排出的碎片)的数量和物理特性，以及类似 DART 撞击的动量。
Sunshine 曾担任 UMD 领导的 NASA深度撞击任务的副首席研究员，他观察到这些不同的质地质量导致了不同的撞击结果——这对于评估 DART 航天器如何成功地将 Dimorphos 从其原始轨道重定向至关重要。
“深度撞击任务与一颗彗星相撞，彗星表面由细小且大部分均匀的颗粒组成，”Sunshine 解释道。“与 DART 撞击巨石地形后看到的丝状结构相比，深度撞击导致更均匀的碎片扇形。事实证明，DART 引起的喷射物的运动确实对 DART 任务的成功产生了深远的影响。”
来自撞击碎片的额外推动缩短了 Dimorphos 的轨道
DART 航天器并不是 Dimorphos 撞击的唯一动力提供者;当航天器撞上小行星卫星时，猛烈喷出的碎片造成了额外的推力。
“与单独被 DART 航天器撞击相比，Dimorphos 的撞击产生了如此多的碎片，其推动效率提高了大约 3.5 倍，”Richardson 解释说，他帮助计算和验证了 DART 航天器和 Dimorphos 之间传递的动量。
根据计算小行星喷射物方向的法纳姆的说法，当团队测量到小行星轨道的变化超过了团队更为保守的预期时，这一发现得到了证实。轨道周期的差异，或者一个天体围绕另一个物体完成一圈旋转所需的时间长度，表明 Dimorphos 围绕 Didymos 的轨道发生了变化。
“在撞击前，我们预计撞击只会将 Dimorphos 的轨道缩短大约 10 分钟，”Farnham 说。“但在撞击之后，我们了解到轨道周期进一步缩短，将通常 12 小时的轨道周期缩短了 30 分钟多一点。换句话说，喷出的物质起到了喷流的作用，将月球推离了原来的轨道。”
跟进赫拉任务
DART 任务代表了针对小行星等近地天体制定适当的行星防御策略的重要的第一步。
DART 团队预计即将于 2024 年 10 月发射的欧洲航天局Hera 任务将揭示有关 DART 撞击地点的更多信息。到 2026-27 年，Hera 航天器将重新访问包含 Dimorphos 和 Didymos 的双星小行星系统，并首次评估两颗小行星的内部特性，从而更详细地分析 DART 撞击对该系统的影响以及太阳系背后的地球物理学形成。
“我们对 Dimorphos 和 Didymos 仍然知之甚少，因为我们只看到了外表，”Sunshine 说。“他们的内部结构是什么样的?两者之间的孔隙率有差异吗?这些是我们需要回答的问题类型，以真正了解我们的偏转效果如何以及像那些小行星这样的天体是如何形成和演化的。”
虽然 Hera 任务仍处于建设阶段，但 DART 及其前身(如 Deep Impact)的研究仍然提供了大量信息，说明人类如何开发其他方法来保护地球免受小行星和彗星的接近。得益于已故杰出大学天文学教授 Mike A'Hearn领导的动力学冲击测试计划和行星防御研究的遗产，UMD 天文学家拥有独特的能力来评估和推进行星规模的冲击实验。理查森、阳光、法纳姆和他们的同事希望通过继续帮助开创减轻小行星威胁的新方法来纪念导致 DART 的工作。
“这些论文只是即将发表的关于 DART 任务的第一批成果，”法纳姆说。“但目前正在进行的数十项研究将帮助我们进一步了解行星防御的影响和意义，同时发现更多有趣的现象。”
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