初战告捷的行星防御战略
作者：苗千
一个冰箱大小的人类飞行器，在距离地球1100万公里的太空中以每秒钟6.6公里的速度撞击一个大约金字塔大小的小行星，会产生什么效果？自从美国航空航天局（NASA）的“双小行星改道测试”（Double Asteroid Redirection Test，DART）飞行器在2022年9月26日撞击了太阳系中一个双小行星系统里较小的那个——直径大约160米的小行星“Dimorphos”——之后，这就成了很多科学家关心的问题。
用一个人类飞行器去撞击一个可能对地球造成威胁的小行星，从而改变其运行轨道，消除对地球的威胁，这就是“行星防御”（Planetary Defense）战略的基本思想。而在不久之前成功撞击这颗对地球并没有造成威胁的小行星，正是行星防御战略的第一个太空实验。
行星防御战略的第一个实验之所以选择去撞击一个对地球并没有造成威胁的双小行星系统，是因为可以利用其中较大的行星“Didymos”起到“锚”的作用。这样，在受到撞击之后，围绕它运转的“Dimorphos”的轨道即便发生了改变，也不至于产生意想不到的变化，甚至威胁到地球。另一方面，以780米宽的“Didymos”作为参照，人们也更容易观察撞击产生的效果。
DART在成功完成撞击之后，立刻在全世界引起了巨大反响。不过，这还只是实验的第一步，接下来人们要观测这次撞击究竟对“Dimorphos”产生了什么影响，究竟有没有让它的运行轨道发生改变。撞击小行星究竟会产生什么效果，除了飞行器的撞击之外，在很大程度上还取决于小行星的质地——在这方面，科学家们只能进行大致的猜测。
为了获取太阳系形成初期的物质样本，日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）设计的“隼鸟2号”（Hayabusa 2）探测器曾经在2018年以类似的方式撞击小行星“龙宫”（Ryugu）。结果一个篮球大小、以每秒钟2公里的速度进行撞击的铜制物，居然在“龙宫”的表面形成了一个直径14米的大坑。这出乎很多人的预料，也说明“龙宫”的质地并没有人们此前想象的那么坚硬。
DART进行撞击之前，在附近飞行的意大利飞行器“LICIACube”就对小行星进行了拍照。不仅如此，地面上的诸多太空望远镜，以及在太空中的哈勃太空望远镜、詹姆斯·韦布太空望远镜也都开始追踪“Dimorphos”，希望能够观测到撞击效果以及它随后的运行轨迹。其实在进行撞击之前，这个双小行星系统的形状就引起了科学家们的注意。通过近距离拍摄的照片来看，“Dimorphos”的形状接近于圆形，这说明它很可能是从其围绕运转的“Didymos”上面脱落下来的。
从地球对这个双小行星系统进行观测，科学家无法分清两者，只能看到一个亮点而已。不过，当这两个小行星其中的一个挡在另一个之前，在地球上看，它的亮度就会减弱10%左右。也就是说，从地球看来，这个双小行星系统会发生周期性的闪烁——通过这个方式，人们就可以判断出“Dimorphos”周期的变化。如果闪烁的周期明显变短，也就说明撞击实验取得了成功。
直到撞击发生两周之后，通过分析从各种渠道取得的数据，美国航空航天局终于确认，这次“动能撞击”试验取得了成功。通过DART的撞击，小行星“Dimorphos”距离它所围绕运转的双星系统的伙伴“Didymos”更近了。“Dimorphos”围绕“Didymos”运转的周期原本是11小时55分钟，而在撞击之后周期缩短了32分钟（误差在2分钟之内）。这是人类历史上首次有目的地改变某个天体运行的轨道。
此前美国航空航天局认为，只要能让“Dimorphos”的周期缩短73秒就可以算是成功，而大多数人预测撞击可以让其周期缩短大约10分钟。这次撞击的效果大大超出预期，在很大程度上可能是由于“Dimorphos”的质地——此前人们估计它是一块坚硬的岩石，但是从结果来看，它更可能是由一堆小石块组成的。在受到撞击之后，“Dimorphos”松动的部分发生了碎裂，使得小行星距离“Didymos”更近。
在太阳系中，对地球造成最大威胁的正是大小与“Dimorphos”接近的天体。它们的数量是可以造成恐龙灭绝的直径10公里左右小行星的上千倍。这样的小行星一旦撞击地球，也足以造成一个大城市的毁灭。通过这次成功的撞击实验，人们开始相信，当地球真正面临被类似大小的小行星撞击的危险时，利用飞行器撞击以改变其运行轨道是一个值得信赖的选择。
当然，DART撞击小行星还只是行星防御战略的第一步，在未来还会进行更多的实验。即便这样的撞击值得信赖，目前理论上的危险也仍然存在。如果人类想要完全避免被类似小行星撞击的危险，就需要了解太阳系中所有类似小行星的轨道。据估计，人类目前只发现了这类小行星的40%。只有通过发射更多的太空望远镜观察太阳系内部，才能够提高这个比例，进一步保护地球的安全。
[本文写作参考了美国航空航天局（NASA）网站和《科学》（Science）杂志的相关报道] 行星防御太空