馬里蘭大學的天文學家發現，DART任務期間意外釋放的巖石碎片的動量是航天器的三倍。這一發現為改進未來的行星防御策略提供了寶貴的新見解。

這幅插圖描繪了NASA雙小行星重定向測試（DART）航天器撞擊Didymos雙小行星系統之前的景象。圖片來源：NASA/約翰·霍普金斯應用物理實驗室/Steve Gribben

當美國宇航局的DART航天器于2022年9月撞擊小行星衛星Dimorphos時，它不僅實現了改變小行星軌道的目標，還引發了大量巨石的釋放，這些碎片攜帶的動量是航天器自身動量的三倍多。

由馬里蘭大學領導的一個天文學家團隊發現，盡管該任務證實了動能撞擊器可以有效地改變小行星的軌道，但被拋出的碎片卻產生了意想不到方向的力。這些動態因素可能對未來的偏轉策略構成挑戰。他們的研究結果發表在《行星科學雜志》上，表明小行星的軌道改變比最初認為的要復雜得多。

“我們成功地使一顆小行星偏離了軌道，”該研究的主要作者、馬里蘭大學天文系研究科學家托尼·法納姆說道。“我們的研究表明，雖然DART航天器的直接撞擊導致了這種變化，但被拋出的巨石產生了幾乎同樣大的額外沖擊力。這個額外的因素改變了我們在規劃此類任務時需要考慮的物理因素。”

天文學家利用意大利小型航天器LICIACube（記錄了DART撞擊后果的航天器）捕獲的數據，追蹤了104塊半徑從0.2米到3.6米不等的巨石。這些巨石正以高達每秒52米（每小時116英里）的速度遠離Dimorphos。通過這些圖像，研究人員能夠計算出碎片的三維位置和速度。

“我們發現這些巨石并非隨機散落在太空中，”法納姆說道，“相反，它們聚集在兩個截然不同的群體中，其他地方則沒有其他物質，這意味著這里存在某種未知的因素。”

這些圖像顯示了撞擊近地小行星周圍的噴出物，是在DART的伴星探測器LICIACube接近（左上角為Didymos）和離開（右上角為Didymos）時拍攝的。LICIACube在撞擊發生幾分鐘后飛過并拍攝了其后果。噴出物場由一個不對稱的塵埃錐體組成，錐體呈現出流狀和細絲狀，以及一百多米大小的巨石，這些巨石被噴向特定的方向。圖片來源：NASA DART團隊和LICIACube

大約70%的觀測到的巨石形成了一個大型集群，以高速和相對于小行星表面的低角度向南移動。研究小組懷疑這些碎片來自特定的撞擊點，可能是在DART主體與Dimorphos相撞前不久被其太陽能電池板擊碎的較大表面巨石。

“DART的太陽能電池板很可能撞擊了小行星上的兩塊巨石，分別是阿塔巴克（Atabaque）和博德蘭（Bodhran），”論文第二作者、馬里蘭大學天文學和地質學教授杰西卡·桑沙因（Jessica Sunshine）解釋道。“有證據表明，南部噴出的物質群很可能是由阿塔巴克（一塊半徑3.3米的巨石）的碎片組成的。”

桑沙因還擔任馬里蘭大學領導的 NASA深度撞擊任務的副首席研究員，他將 DART 的結果與深度撞擊的結果進行了比較，并指出了表面特征和目標成分如何從根本上影響撞擊結果。

“深度撞擊”撞擊的表面基本上由非常小且均勻的顆粒組成，因此其噴出物相對平滑且連續，”桑沙因解釋說。“而在這里，我們看到DART撞擊的表面布滿了巖石，充滿了巨礫，導致其噴出物的結構混亂且呈絲狀。將這兩次任務進行并排比較，可以讓我們深入了解不同類型的天體如何應對撞擊，這對于確保行星防御任務的成功至關重要。”

DART撞擊產生的巨石的動量主要垂直于航天器的軌道，這意味著它可能使Didymos-Dimorphos的軌道平面傾斜高達一度，并可能導致該小行星在太空中不規則地翻滾。該團隊對巨石碎片影響的理解將是歐洲航天局“赫拉”（Hera）任務的關鍵，該任務將于2026年抵達Didymos-Dimorphos系統。

“LICIACube 收集的數據為撞擊事件提供了更多視角，尤其是在 DART 最初的設計理念是完全依賴地球觀測的情況下，”法納姆說道。“Hera 也將發揮同樣的作用，它基于我們利用 DART 收集的數據做出的預測，讓我們能夠以另一種更直接的方式了解撞擊的后果。”

法納姆指出，LICIACube 的這些多視角和特寫圖像為 DART 團隊提供了在地球上無法探測到的信息，包括有關小行星巨石的數據。這項新研究表明，在規劃未來的小行星偏轉任務時考慮這些變量非常重要。

“如果一顆小行星正向我們滾來，而我們知道必須將它移動一定距離才能防止它撞擊地球，那么所有這些細微之處就變得非常非常重要，”桑沙因補充道。“你可以把它想象成一場宇宙臺球游戲。如果我們不考慮所有變量，我們可能會錯失良機。”

編譯自/scitechdaily