美國國家航空航天局（NASA）即將發(fā)射的 DART（雙小行星重定向測試）任務或許將成為保護地球防御小行星威脅的模板。
也許有一天，一臺已經(jīng)在倉庫里堆放許久的航天器會被召喚到發(fā)射臺，盡管它的建造者曾祈禱它永遠不要發(fā)射。這不是普通的航天器，盡管工程師們?yōu)樗b載了盡可能多的高科技設備，但在設計上，它并不能幫助解開任何一個科學之謎。相反，它將擔負起一個更加嚴峻的任務：使小行星偏離撞向地球的軌道。
時至今日，科學家已經(jīng)追蹤了地球附近的 27000 多塊太空巖石，尚未發(fā)現(xiàn)這樣的小行星。然而，行星防御領域的專家們很清楚，在 6500 萬年前，正是這樣一個物體導致了大多數(shù)恐龍滅絕。他們決心確保人類不會遭遇同樣的命運，于是提出了一個解決方案：將任何有威脅的小行星推開，以避免撞上地球。
現(xiàn)在，世界上第一個用于行星防御的航天器正在美國加利福尼亞州范登堡太空基地待命，準備迎接 11 月 23 日的首次發(fā)射機會。按照計劃，美國國家航空航天局（NASA）的雙小行星重定向測試 DART 任務即將于北京時間：11 月 24 日下午 2 點 20 分發(fā)射，將搭載 SpaceX 公司的獵鷹 9 號火箭，從加州范登堡太空部隊基地發(fā)射。DART 探測器將在不到一年的時間內(nèi)抵達一個近地雙小行星系統(tǒng)，最終撞擊小行星 Didymos 的小衛(wèi)星（稱為 Dimorphos）。如果一切順利，該探測器將為行星防御提供關于小行星軌道偏轉(zhuǎn)的第一份真實數(shù)據(jù)。
這不是一個新問題：人們已經(jīng)知道小行星是一個潛在的威脅，也一直想要采取措施來防止未來發(fā)生這種情況，也許這是人們心中長久以來就有的一個念頭。
讓小行星偏轉(zhuǎn)的方法不止一種，而 DART 任務測試的技術(shù)被稱為“動能撞擊器”（kinetic impactor）。具體而言，就是當你用足夠大的物體以足夠快的速度直接撞擊一顆小行星時，其運行軌道就會改變。首先，這顆小行星會減速，而這意味著它會落向所環(huán)繞運行的天體，通過物理學運算可知，小行星在更靠近該天體的軌道上要比在原來的軌道上稍快一些。
確定目標
DART 探測器的將把它的全部重量（550 千克）撞向小行星 Didymos 的小衛(wèi)星 Dimorphos。DART 任務成員選擇該系統(tǒng)有很多原因，但最重要的是因為它離地球足夠遠。
DART 任務的這個目標確實選得很好。
目前從地球到 Didymos 的距離為 4.836 億公里。但當?shù)厍蚺c Didymos 各自沿著圍繞太陽的軌道運行時，這個距離會在 1000 萬到 4.93 億公里之間變化。
科學家認為，這兩塊太空巖石都是近地小行星中最常見的類型（S-型，一般由硅化物構(gòu)成，與普通球粒隕石類似）。Didymos 寬度約 780 米，與一座超高層摩天大樓相當；它的小衛(wèi)星 Dimorphos 約 160 米寬，與埃及的大金字塔差不多。
在行星防御專家看來，這種大小的小行星尤其具有研究價值。他們將小行星分為三類，最大的那些寬度超過 1000 米，可能會造成最大程度的破壞，但同時也是最容易被發(fā)現(xiàn)的。目前，科學家非常自信他們已經(jīng)找到了大部分這樣的小行星，但沒有一個會對地球造成威脅。最小的小行星由于體積有限，不會造成太大的破壞；有些甚至在穿越地球大氣層就已燃燒殆盡。
處在中間的是寬度超過 140 米，但又不到 1000 米的小行星，這也是行星防御專家們最擔心的一類。這些小行星比 1000 米以上的小行星更難發(fā)現(xiàn)，但如果其中一顆撞擊地球，仍可能造成區(qū)域性的災難事件。Dimorphos 的大小剛好在這個范圍內(nèi)。
DART 團隊還希望瞄準一顆圍繞較大小行星運行的小衛(wèi)星，而不是圍繞太陽運行的小行星。這一選擇部分是為了方便，部分是出于謹慎。首先，DART 任務的領導者相信，輕推 Dimorphos 不會意外導致任何物體撞向地球，使這個團隊正在努力解決的問題惡化。
一顆小行星可能每幾年才能繞軌道運行一周，但 Dimorphos 大約每 12 小時就會繞 Didymos 運行一周。DART 團隊預計，這次撞擊可能會使這一周期縮短 10 分鐘左右，與 12 小時的運行時間相比，這種差別已經(jīng)相當明顯，而且可以更快地記錄下來。
DART 的觀測結(jié)果將是首次真實的小行星撞擊數(shù)據(jù)，未來的行星防御者可以將這些數(shù)據(jù)輸入到模型中，得出可以用多大體積航天器，采用多快的速度，才能足以抵御一顆小行星。這正是 NASA 戈達德太空飛行中心的航空工程師布倫特?巴比所從事的工作。他負責設計假想的航天器任務，特別是為行星防御領域每兩年舉行一次的重要會議設計實踐場景。
“DART 任務的結(jié)果將從許多方面，為我們推進行星防御的假想工作提供信息，”布倫特?巴比說，“在未來很多年里，它將影響我們設計行星防御任務的思考方式，從這個角度來說，這項任務的重要性的確不能被低估?！?/p>
是防御還是威脅？
DART 任務只是一次針對小行星可能撞擊地球場景的演練。如果測試成功，NASA 就可以使用同樣的技術(shù)，將威脅地球的巖石從地球軌道上推開。但這種情況發(fā)生的可能性有多大？有沒有一顆小行星會像歷史上導致白堊紀-古近紀滅絕事件 —— 絕大多數(shù)恐龍在此次事件中滅絕 —— 的小行星一樣，給地球帶來翻天覆地的變化？
好消息是，這是一種可能性非常低的情況，真正大規(guī)模的全球事件一定非常罕見，否則我們?nèi)祟愐膊粫谶@里，如果全球滅絕事件經(jīng)常發(fā)生的話，就不可能有人類生命。
但當遇到一些較小規(guī)模的撞擊時，不一定會造成全球性問題，而是會造成嚴重的局部災害。太空中有許許多多這樣的天體，而且這樣的撞擊事件可能會更頻繁地發(fā)生。需要明確指出的是，“頻繁”其實指的是天文時間尺度上的“頻繁”，可能意味著數(shù)十萬年甚至更久的時間范圍。
這里我們需要了解“近地”的概念。世界各國的天文學家仍在繼續(xù)努力，試圖填補對地球附近存在什么天體的認知空白。近地天體包括距離地球 1.3 個天文單位，即 1.945 億公里以內(nèi)的天體。目前，對于地球附近太空中較大的天體（即大小在 140 米以上的天體），天文學家只了解其中大約 30% 至 40%。
目前一個新的近地天體調(diào)查項目已經(jīng)進入了 NASA 的初步設計階段。該任務的目標很簡單，基本上就是對地球附近超過 140 米的天體進行詳盡的調(diào)查。隨著我們對“靠近”地球的物體了解得越多，DART 任務將為保護地球提供所需的工具。換言之，DART 任務的重要性在于，它將有助于評估在行星防御中有哪些必要的技術(shù)。當遭遇小行星威脅時，如果有早已經(jīng)過演示的技術(shù)手段，那建造下一個航天器就會更加容易。
一切都取決于時機
從事行星防御研究的科學家們很快就意識到，我們不可能在發(fā)現(xiàn)威脅之前將其轉(zhuǎn)移。對地球上的人們來說，預警時間越多，情況就越有力。
對于 DART 任務所測試的“動能撞擊器”方法，預警時間尤為重要，因為小行星軌道的預期變化是相當小的，小行星需要繞太陽轉(zhuǎn)幾個圈之后，才能積累足夠的變化，使其最終不會與地球發(fā)生碰撞。當你有幾十年的預警時間時，動力撞擊器就有足夠的時間完成任務。
有了足夠的預警時間，就有了更多的可能性，比如我們可以發(fā)射一艘宇宙飛船偵察危險小行星，并完善偏轉(zhuǎn)任務。
當你有充足的預警時間時，你要做的第一件事就是去更好地看看這個東西是什么樣子，從而知道你面對的是什么，你可能不會指望發(fā)送到這顆小行星上的第一個東西就能使它偏離。
科學家只能從地球上了解任何一顆小行星，包括它的軌道，以及對其體積的模糊估計，也許對它的形狀和組成有一個模糊的概念。所有這些因素都會影響到最優(yōu)行星防御任務的設計。這將是非常有用的信息，但對于 DART，我們無法提供太多，這實際上可能比獲得更長的預警時間更有挑戰(zhàn)性。
人的因素
在真實的行星防御場景中，預警時間的一個重要用途將與小行星無關，而是與人類關系更大。無論是否還有時間阻止小行星撞擊，國際對話都至關重要。行星防御專家強調(diào)，一些國家可能會受到撞擊，另一些國家或許能夠采取行動阻止撞擊，還有一些國家可能會受到附帶影響。因此，所有國家都應該參與到地球的防御當中。
但與流行病或氣候變化這樣的事件不同，對于小行星撞擊可能引發(fā)的災難，目前還沒有正式的專業(yè)國際組織。聯(lián)合國安理會可能會負責此事，但世界各國間的交流也非常重要。從法律上講，行星防御尤其棘手，因為一種潛在的偏轉(zhuǎn)技術(shù)依賴于核爆炸，而核武器是不允許進入太空的。隨著行星防御技術(shù)的發(fā)展，該領域正變得越來越跨學科，不僅與科學和航天工程有關，還涉及國際法和救災應急。
是時候發(fā)射了
行星防御專家認為，動能撞擊器方法只是偏轉(zhuǎn)小行星路徑的一種技術(shù)。其他選擇可能會用到激光、飛船引力牽引或核爆炸等。在必要的時候選擇哪一種方法最為合理，將取決于地球擁有的預警時間和小行星的大小。有時，使一顆小行星偏轉(zhuǎn)甚至需要不止一次任務，設計任務的難度也會隨之增加。
任何一次發(fā)射都需要兩個組成部分：火箭和航天器。我們還會采用按需建造的方法嗎？還是更愿意采用模塊化的建造方式，或者我們能否在整個航天器建造完成后，將它存放在某個倉庫或其他地方？這也是一個問題。
同樣地，我們也要考慮火箭發(fā)射的推力問題。真正有用的是讓火箭做好發(fā)射的準備，因為這通常無法倉促完成，假設你的時間突然變少：在目前的程序下，要及時準備好發(fā)射一枚火箭將會相當困難。
另一方面，如果偏轉(zhuǎn)任務需要進行一系列發(fā)射，后勤問題也會成倍增加。出錯的風險也是如此。盡管這只是一種可能性，但行星防御專家們?nèi)孕枰獙Υ诉M行評估。
許多噩夢般的場景會出現(xiàn)。例如，小行星發(fā)生了部分偏轉(zhuǎn)，但不足以遠離地球，它仍在飛向地球，但此時的撞擊點已經(jīng)不在原來的位置，現(xiàn)在我們?nèi)藶閯?chuàng)造了另一個災難，不同于自然版本的災難。
我們也可能對小行星的質(zhì)量估計有誤，或者小行星的軌跡沒有像預測的那樣。當你撞擊小行星，而不是將它作為完整的物體使其偏轉(zhuǎn)時，你可能會無意中使它斷裂出碎片。這些碎片可能也會對地球造成威脅。
因此，存放在倉庫中的航天器最好不止一個，你可能會先發(fā)送一個，過后再發(fā)送另一個，可能會在幾周后到達。根據(jù)第一個航天器的情況，在決定是否需要推動它多一點或少一點。
事實上，耗資 3.3 億美元的 DART 任務確實有后續(xù)計劃。歐洲空間局（ESA）將在 2024 年發(fā)射一臺名為“赫拉”（Hera）的航天器，其探測結(jié)果將于 DART 任務之前的觀測數(shù)據(jù)進行對比，讓科學家們更詳細地了解真正的行星防御任務可能需要考慮的因素。
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。