圖片來源：NASA官網(wǎng)

據(jù)美國國家航空航天局(NASA)官網(wǎng)近日報道，作為NASA首個展示行星防御技術(shù)的任務(wù)，“雙小行星重定向測試”(DART)航天器將于2022年9月與雙小行星系統(tǒng)“雙子星”中較小的“雙子星B”(Didymos B)相撞。

研究人員稱，這顆小行星對地球沒有威脅，是理想的測試目標(biāo)，因?yàn)闇y量二元系統(tǒng)中較小的小行星圍繞較大小行星軌道運(yùn)行的變化，比觀察繞太陽運(yùn)行的小行星軌道的變化要容易得多。目前，包括來自約翰·霍普金斯應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室(APL)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家正為該任務(wù)于2021年6月的發(fā)射做準(zhǔn)備。

知己知彼

俗話說，知己知彼，百戰(zhàn)不殆。為了讓DART航天器能對目標(biāo)一擊即中，科學(xué)家們需要了解“雙子星”系統(tǒng)的行為方式。

“雙子星”系統(tǒng)由“雙子星A”(Didymos A)及其衛(wèi)星“雙子星B”組成，前者直徑約為780米;后者直徑約為160米并環(huán)繞前者飛行。據(jù)悉，航天器將借助安裝在其上的一個攝像頭和一款先進(jìn)的自主導(dǎo)航軟件，以6公里/秒的速度故意撞向“雙子星B”，以便我們可以安全地觀察其被撞擊后的偏移情況。

自2015年以來，科學(xué)家一直在從地球上觀察“雙子星”。現(xiàn)在，由北亞利桑那大學(xué)DART觀測工作組負(fù)責(zé)人克里斯蒂娜·托馬斯協(xié)調(diào)的國際團(tuán)隊，正在使用位于全球各地的強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行關(guān)鍵觀測，隨時監(jiān)控該小行星系統(tǒng)的狀態(tài)，這將有助于研究人員更好地了解，在2022年9月DART撞擊“雙子星B”后可能會出現(xiàn)什么情況。

最近的一次觀察活動在位于智利北部的帕瑞納山上進(jìn)行，科學(xué)家使用歐洲南方天文臺甚大望遠(yuǎn)鏡(VLT)對“雙子星”進(jìn)行了詳細(xì)觀察。VLT包括四個望遠(yuǎn)鏡，每個望遠(yuǎn)鏡擁有8.2米的主鏡面，此次用到了其中的兩個。

DART調(diào)查團(tuán)隊聯(lián)合負(fù)責(zé)人、APL的安迪·里夫金參與了最新的這次調(diào)查，他說：“‘雙子星’系統(tǒng)太小、太遠(yuǎn)，只能被看作一個光點(diǎn)，但我們可以通過測量光點(diǎn)的亮度獲得我們需要的數(shù)據(jù)，這個亮度會隨著‘雙子星A’旋轉(zhuǎn)和‘雙子星B’繞軌旋轉(zhuǎn)而變化。從我們的角度來看，亮度變化指明了‘雙子星B’何時從‘雙子星A’的前方經(jīng)過或隱藏在‘雙子星A’的后面。這些觀察將幫助科學(xué)家確定‘雙子星B’相對‘雙子星A’的位置，并告知DART撞擊的確切時間以讓偏移達(dá)到最大化。”

調(diào)查小組將從2020年末到2021年春季再次觀察“雙子星”，最后的地面觀測將在航天器向小行星前進(jìn)時以及撞擊發(fā)生后進(jìn)行。

組成和結(jié)構(gòu)很關(guān)鍵

但僅僅借助望遠(yuǎn)鏡還不足以完全理解“雙子星B”。

DART撞擊模擬工作組負(fù)責(zé)人、來自APL的安吉拉·斯蒂克說：“盡管我們正在進(jìn)行基于地面的觀測，但我們對于‘雙子星B’的組成成分和結(jié)構(gòu)知之甚少。我們需要想像各種各樣的可能性并預(yù)測它們的結(jié)果。如此一來，在DART撞上‘雙子星B’之后，我們就會大致知道測量結(jié)果。”

“雙子星B”的結(jié)構(gòu)很關(guān)鍵，研究人員目前并不確定，“雙子星B”是固體巖石、松散碎片還是更軟或更像沙子一樣的東西。如果是最后一種，那么較軟的表面將吸收撞擊產(chǎn)生的大部分力量，它就不會像一顆由更堅硬成分構(gòu)成的小行星那樣大幅度地被推動，這樣就難以達(dá)到預(yù)期的效果。

從2014年開始，APL就在與勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室及其他調(diào)查團(tuán)隊的成員一起進(jìn)行廣泛的建模和模擬測試，以幫助研究人員預(yù)測，被DART撞擊后“雙子星B”會發(fā)生什么情況。

驚鴻一瞥

此外，研究人員將最終能看到“雙子星”的“特寫”——盡管只是驚鴻一瞥。這要得益于DART上搭載的“雙子星”偵察和小行星照相機(jī)(DRACO)以及計劃發(fā)射的立方星——來自意大利航天局的LICIACube。

“用于作戰(zhàn)導(dǎo)航的DRACO是DART上唯一的機(jī)載儀器，主要用作DART的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)，捕捉相關(guān)圖像，幫助航天器抵達(dá)目標(biāo)。DRACO會將其拍攝的圖像輸入到APL開發(fā)的小型機(jī)動自主實(shí)時導(dǎo)航(SMART Nav)算法中，該系統(tǒng)將在最后幾小時內(nèi)獲得精確數(shù)據(jù)并自動引導(dǎo)DART撞上“雙子星B”。

鞋盒大小的LICIACube將于撞擊之前發(fā)射升空，它將記錄DART撞擊目標(biāo)后產(chǎn)生的影響及其后果。這一項目最近通過了初步設(shè)計審查，并已進(jìn)入開發(fā)的下一階段。

雖然迄今為止DART的大部分工作都是建模和模擬，但航天器的許多零件已經(jīng)開始成型。航天器的幾個硬件組件——特別是航天器的太陽能電池陣列以及無線電和電源系統(tǒng)的電子設(shè)備已進(jìn)入制造階段。此外，研究人員還對推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了修改，DART除了能利用電力推進(jìn)系統(tǒng)完成任務(wù)外，也能依靠小型肼推進(jìn)器完成其使命。

來自APL的DART項目經(jīng)理艾德·雷諾茲表示：“DART只有一次機(jī)會擊中目標(biāo)，各項工作都必須到位，以確保其一擊即中。”(劉 霞)

關(guān)鍵詞： 行星防御技術(shù)