人类首次行星防御技术测试DART成功撞击目标！

发布日期：2022-10-01

    2022年9月26日下午7:14分（美国东部夏令时间），DART项目航天器成功撞击目标小行星Dimorphos。这是人类历史上首次行星防御技术测试，希望通过动力撞击器（kinetic impactor）改变小行星的运行速度和路径。这次尝试试图确证，如果未来发现了威胁地球的小行星，使用航天器撞击是否是改变其运动方向以保护地球的有效行星防御手段。

    Dart在英文中有“飞镖”之意，而DART（Double Asteroid Redirection Test， 双小行星重定向测试）就像地球上的人类向太空中发射的一只“飞镖”，它经历了10个月的太空旅行，终于成功撞击目标。

    这次双小行星重定向测试，是NASA改变太空中小行星轨道的首次尝试，也是世界首次行星防御技术演示。作为NASA整体行星防御战略的一部分，DART的成功撞击不仅是技术上的成功，更是证实了一种可行的行星防御方案：“基于DART的能力有一天可能会被用于改变小行星的轨道，以保护我们的地球和地球上的生命。”约翰·霍普金斯应用物理实验室（APL）主任Ralph Semmel说。

    DART的目标是双小行星系统Didymos，在希腊语中是“双胞胎”的意思（这也解释了任务名称“双小行星重定向测试”中的“双”字）。

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DART撞击将如何改变Dimorphos围绕Didymos的运行轨道的示意图。地球上的望远镜将能够测量Dimorphos的轨道变化，以评估DART撞击的有效性。 图片来源：NASA/Johns Hopkins APL

    该系统由两颗小行星组成：较大的小行星Didymos（直径约780米）和绕其运行的较小的小行星卫星Dimorphos（直径约160米）。目前，Dimorphos绕Didymos运行的轨道周期是11小时55分钟，两颗小行星的中心间距为1.18公里。

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DART、Didymos和Dimorphos与地球上物体大小对比图。 图片来源：NASA/Johns Hopkins APL

    想要测试将航天器撞向小行星能否有效地改变其运行方向的话，这一小行星系统是一个完美的试验场。它对地球没有任何威胁，并且可以通过地面望远镜测量其亮度变化以确定Dimorphos的轨道，并观测其周期变化。飞行器将几乎从正面撞击Dimorphos，试图使这颗小行星卫星绕Didymos轨道运行的时间缩短几分钟；而DART的撞击结果将被与高精度计算机模拟结果进行比较，以评估这种方案的有效性，以及如何发挥其最大价值，将其应用于未来的行星防御中，并评估计算机模拟的准确性以及对真实小行星行为的反映程度。

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    DART航天器的主体是一个尺寸约为1.2×1.3×1.3米的盒子，其他结构从盒子延伸出来。航天器有两个非常大的太阳能电池板，当完全展开时，每个电池板都有8.5米长。

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DART航天器示意图。 图片来源：NASA/Johns Hopkins APL

    其上搭载的有效载荷只有一个，即DRACO（the Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical navigation）。这是一个高分辨率成像仪，用于支持导航和定位，测量小行星目标的大小和形状，并确定撞击地点和地质背景，并将获得的图像实时传回地球。在撞击前，DRACO传回的倒数第二张图像（也是最后一张完整图像）显示了Dimorphos表面特征，而在最后一张图像向地球的传输过程中，撞击发生，导致图像只有一部分。

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DRACO在撞击前2秒（距离小行星约12公里）和撞击前1秒（距离小行星约6公里）拍摄的图像。图片来源：NASA/Johns Hopkins APL 

    DART还搭载了一个意大利航天局（ASI）提供的立方体卫星LICIACube（Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids），并于撞击前15天将其释放。

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撞击前，DART航天器和LICIACube在Didymos系统的示意图。 图片来源：NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

    LICIACube将拍摄DART撞击的图像、撞击产生的羽流并观察撞击坑。

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撞击后LICIACube拍摄的Didymos-Dimorphos以及喷出的烟羽。 图片来源：ASI/NASA

    要让探测器瞄准并垂直撞击小天体Dimorphos是不小的挑战。为此，DART团队专门开发了一种导航算法SMART Nav (Small-body Maneuvering Autonomous Real Time Navigation)。这种自主光学导航系统将在撞击前自动识别并区分Didymos系统中的两个天体，并与GNC（guidance, navigation, and control）的其他元件协同，将航天器导向较小的天体Dimorphos。

    DART并不是孤军奋战。不仅DART项目小组包括了来自世界各地机构的成员，而且在DART撞击之后，Webb和Hubble等太空望远镜和地球上各地的望远镜都将对DART的撞击结果进行观测；欧洲航天局的Hera项目则计划于2024年发射航天器，于2026年（即约DART撞击四年后）到达Didymos系统并进行探测。

    对DART撞击的观测是詹姆斯·韦伯太空望远镜和哈勃太空望远镜首次协同观测。这不仅是两架太空望远镜各自运行的一个里程碑，而且对于探索太阳系组成和历史相关的关键科学问题也具有重要意义。

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哈勃太空望远镜（左，可见光波段）与詹姆斯·韦伯望远镜（右，红外波段）在撞击后几小时内的观测结果。 图片来源：Science: NASA, ESA, CSA, Jian-Yang Li (PSI), Cristina Thomas (Northern Arizona University), Ian Wong (NASA-GSFC); image processing: Joseph DePasquale (STScI), Alyssa Pagan (STScI)

    二者都在撞击前就开始了观测，并将在撞击后持续观测，以提供更多有价值的数据。

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哈勃太空望远镜在撞击后拍摄图像连续播放。 图片来源：Science: gif, ESA, Jian-Yang Li (PSI); animation: Alyssa Pagan (STScI)

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詹姆斯·韦伯太空望远镜在撞击后拍摄图像连续播放。 图片来源：Science: NASA, ESA, CSA, Cristina Thomas (Northern Arizona University), Ian Wong (NASA-GSFC); Joseph DePasquale (STScI)

    此外，还有很多望远镜将在接下来的几周中协同观测Didymos小行星系统，以支持DART撞击后的全球观测活动。这些观测将确证，DART的撞击是否成功地使Dimorphos轨道发生偏转，并有效地缩短了其围绕Didymos运动的轨道周期，同时也将观测这个双小行星系统的特征和DART撞击产生的喷射物。

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参与撞击后观测的望远镜。 图片来源：NASA/Johns Hopkins APL/Nancy Chabot/Mike Halstad

    计划于2026年到达Didymos系统的Hera的主航天器及随行的两个立方体卫星将对DART的撞击结果进行详细调查，重点关注DART撞击造成的撞击坑，并精确测定Dimorphos的质量。Hera的详细的撞击后调查将极大地增强从DART小行星偏转测试中获得的行星防御知识。

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Hera航天器以及两个立方体卫星探测示意图。 图片来源：ESA

参考链接：
https://www.nasa.gov/specials/pdco/index.html#dart
https://dart.jhuapl.edu/