美国宇航局的小行星爆破器将一块太空岩石变成了“长方形西瓜”

在一次“完美”测试中，NASA 的双小行星重定向测试 (DART) 于 2022 年 9 月成功将一辆汽车大小的航天器撞向一颗小行星。该任务表明，如果危险的太空岩石正朝地球飞来，航天器可以成功将其引向偏转，即使发生灾难性事件的几率相当低。DART 改变了小行星的轨道，现在科学家发现，猛烈的撞击也可能改变了小行星的形状。该研究结果发表在 3 月 19 日发表在《行星科学杂志》上的一项研究中。

DART 瞄准的是直径 560 英尺的小行星 Dimorphos，它围绕着一颗更大的近地小行星 Didymos 运行。撞击前，Dimorphos 呈大致对称的扁球形。

“当 DART 撞击时，事情变得非常有趣，”研究合著者、NASA 喷气推进实验室 (JPL) 导航工程师 Shantanu Naidu 在一份声明中表示。“Dimorphos 的轨道不再是圆形。这颗小行星的整个形状都发生了变化，从一个相对对称的物体变成了‘三轴椭圆体’——更像一个长方形的西瓜。”

此前，Dimorphos 绕 Didymos 运行一圈需要 11 小时 55 分钟，其轨道清晰，距离 Didymos 约 3,900 英尺。这颗太空岩石的轨道周期（即绕行一圈所需的时间）现在缩短了约 33 分 15 秒。

为了研究 DART 撞击后的变化，奈杜和这项研究的团队在他们的计算机模型中使用了多种数据来源。第一个来源是 DART 接近小行星时拍摄的图像。这些在航天器上拍摄的图像对 Didymos 和 Dimorphos 之间的间隙进行了近距离测量，并帮助团队在撞击前测量了两颗小行星的尺寸。

第二个数据来源是 NASA 深空网络的戈德斯通太阳系雷达。该雷达系统位于加利福尼亚州巴斯托附近。它从 Didymos 和 Dimorphos 上反射无线电波。这些无线电波精确测量了撞击后 Dimorphos 相对于 Didymos 的位置。这些雷达观测帮助 NASA 得出结论，DART 超出了任务的预期。

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最重要的数据来源是世界各地的地面望远镜，它们测量了这两颗小行星的光变曲线。这就是从小行星岩石表面反射的阳光随时间的变化。比较撞击前后的光变曲线有助于团队了解 DART 如何改变 Dimorphos 的运动。当 Dimorphos 绕轨道运行时，它会定期从 Didymos 前面经过，然后从后面经过。在这些相互事件中，系统中的一颗小行星可能会在另一颗小行星上投下阴影，或阻挡我们从地球上的视线。在这两种情况下，望远镜都可以记录到光变曲线的暂时变暗。

研究小组利用这一系列光变曲线下降的时间来计算轨道形状。他们的模型显示，双星的轨道现在略微拉长，或者说偏心了。

“撞击前，事件发生的时间规律性良好，呈现出圆形轨道。撞击后，时间差异非常小，显示出有些地方出现了偏差，”研究报告合著者、喷气推进实验室高级研究员史蒂夫·切斯利在一份声明中表示。“我们从未期望能达到这种精度。”

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据研究小组介绍，这些模型非常精确，甚至可以显示双形星在绕双形星运行时会来回摇晃。

模型还计算了轨道周期的演变。撞击发生后，DART 缩短了两颗小行星之间的平均距离。它使 Dimorphos 的轨道周期缩短了 32 分 42 秒，降至 11 小时 22 分 37 秒。

在与 DART 相撞后的一周内，这颗小行星的轨道周期继续缩短，因为它脱落了更多的岩石物质。它每轨道运行 11 小时 22 分 3 秒，比撞击前少了 33 分 15 秒。Dimorphos 现在的平均轨道距离约为 3,780 英尺，比与 DART 相撞前与 Didymos 的距离近了大约 120 英尺。

今年 2 月发表的另一项研究发现，这颗小行星很可能是由与 DART 相撞而形成的松散的碎石堆小行星，就像最近采样的小行星贝努 (Bennu) 一样。

美国宇航局总部太阳系小天体首席科学家汤姆·斯塔特勒在一份声明中表示：“这项研究的结果与其他已发表的研究结果一致。”“看到不同的团队分析数据并独立得出相同的结论，这是可靠的科学成果的标志。DART 不仅向我们展示了小行星偏转技术的途径，还揭示了对小行星是什么以及它们如何表现的全新基本理解。”斯塔特勒不是这项研究的作者。

为了更近距离地观察迪迪莫斯和双子座，欧洲航天局的赫拉任务计划于 2024 年 10 月发射。它将对这对小行星进行详细调查，并可以正式确认 DART 对双子座的重塑程度。