撞向小行星

2021年11月23日，太空探索技术公司（SpaceX）的一款“猎鹰9号”运载火箭在美国加州升空，它此次承载的是美国航空航天局（NASA）一项名为“DART”的任务。与此前NASA的太空任务大多为了进行科学探测不同，这项全名为“双小行星重新定向测试”（Double Asteroid Redirection Test，简称DART）的任务听起来颇有些科幻色彩——保卫地球。正是因为其特殊性，这次太空任务吸引了众多目光。

地球在太阳系内运转，经常需要面对来自太空的危险运行。太阳系内的一些小行星与地球轨道接近，很有可能撞向地球。大多数小行星以及更小的石块在进入大气层时会解体或者发生燃烧，最终变成颗粒或者灰尘落在地面上，人们对此并无知觉；一些较大的陨石落到地面，往往成为新闻；而如果是更大的小行星直接轰击地球，就可能对地球生命造成危害——在6600万年前，正是因为一次小行星撞击地球，造成了恐龙的灭绝。

因为面临着这样的威胁，近几十年来NASA一直在搜索地球附近的小行星，并且已经标记了大多数长度在1公里以上的小行星。经过观察和计算，未来100年内并不会有较大的小行星对地球造成威胁。但是不能排除还有一些不易观测到的更小的小行星，会忽然改变轨道撞向地球。

如果真的面对这样的威胁，地球又该如何应对？人们想出了很多办法，例如：通过激光摧毁小行星，利用引力效应改变它们的运行轨道，甚至在它们附近引爆一颗核弹……DART任务选择的是其中最简单的一种方式：让一个飞行器去撞击小行星。

DART任务将第一次使用“动力撞击器技术”（Kinetic Impactor Technique），改变小行星在太空中的运行轨道，因此这次太空任务最重要的部分就是一个用来撞击小行星的飞行器。飞行器重约500公斤，类似于一台冰箱大小。它携带着一个名为“DRACO”的高清摄像头，在与小行星相遇前的一个月，摄像头将开启，而后直到撞击发生之前20秒，DRACO摄像头都将持续拍摄照片发回地球。

这次花费了3.25亿美元的DART任务所选择的目标是太阳系中一个近地双小行星系统，它由名为Didymos和Dimorphos的两颗小天体构成。其中较大的Didymos长约780米，小的Dimorphos被称为“小月球”（moonlet），大约有160米长——对地球造成威胁的小行星大多与之类似。

它们两者之间有1公里以上的距离。在引力的作用下，“小月球”围绕着Didymos运转，一个周期大约是11小时55分钟。实际上，这个双小行星系统并没有对地球造成威胁，科学家之所以选择把它们作为目标，是想验证这种直接撞击的方法是否可行，作为未来保卫地球太空计划的开端。

DART飞行器升空之后，将会展开自带的太阳能面板阵列，为它在太空中的旅行提供推动力。在经过大约10个月的太空旅行之后，它将在2022年9月，距离地球大约1100万公里的位置与这个双小行星系统相遇。那时，地球上的望远镜和行星雷达都将观测到这次撞击的效果。

在进行撞击前10天，DART飞行器会释放出一个由意大利航天局提供的微型卫星“LICIACube”。这颗卫星将在距离50公里远的位置观察撞击，并测量撞击产生的碎片。在进行撞击前4个小时，DART飞行器将会进入一个全自动程序，最终以大约每秒6.6公里的速度撞向“小月球”。

撞击究竟会产生什么结果？这要取决于撞击的角度和小行星的构成。如果“小月球”是由坚硬的材质构成，人们估计这次撞击足以在其表面留下一个10到20米宽的撞击坑；如果“小月球”是由松散的石块构成，那么这次撞击则可能将它完全击碎，变成一堆飞舞的碎石云。

这次撞击的目的是改变这个双小行星系统的运行轨道。科学家设定的目标是让“小月球”围绕Didymos运转的周期缩短至少73秒。但根据更乐观的估计，其运转周期很可能缩短10分钟左右。届时，这个双小行星系统将进入地球的观测范围之内，通过观测其中较大的天体Didymos的亮度变化，人们就可以判断出“小月球”围绕其运转的周期变化。

虽然这次以保卫地球为目的的太空任务看上去简单，但是它要求的精度前所未有。在进行撞击时，飞行器的速度是战斗机飞行速度的10倍，需要自动导航系统极其精确才能完成任务。而在DART任务结束之后，作为其后续，欧洲空间局（ESA）计划在2024年发射“赫拉”（Hera）航天器——携带高度表、摄像头和微型卫星等设备对这个双小行星系统进行观测。

科幻正在一步步成为现实。NASA在2016年设立了行星防御协调办公室（Planetary Defense Coordination Office）。未来，这类行星防御太空任务将越来越多。人类会拥有更安全的家园，探索太空的手段也将越来越丰富。

（本文写作参考了《自然》《科学》杂志和美国航空航天局网站的相关报道） dart小行星