人类能否拒绝恐龙灭绝宿命？

原创 水兄 果壳

北京时间9月27日清晨7:14，人类首次行星防御演习准时上演。在距离地球大约1100万千米的太阳系某处，一枚探测器将“先发制人”，主动撞击一颗小行星。

撞击效果模拟图 | NASA/JPL

这样做的目的，是为了评估这种行星防御方式是否可行——对未来有可能威胁地球的小行星采取预防性的撞击措施， 是否真的能够避免小行星撞地球的灾难性后果。

先下手为强

说到小行星的威胁，免不了让人想到曾统治地球至少1.6亿年的恐龙。大约6500万年前一次巨大的小行星撞击事件后，不可一世的恐龙彻底退出了历史舞台。

虽然现在没有证据表明“史前文明”遭遇过类似的灭顶之灾，但小规模的小行星撞击地球或地球大气层的事件时有发生。

最近一次让人印象深刻的，就是2013年2月15日俄罗斯的车里雅宾斯克陨落事件。研究认为，这是一颗直径为20米的小行星闯入地球大气，在距离地面约30000米高空爆炸，释放出的能量为40~50万吨TNT当量（相当于大约30颗广岛原子弹），间接造成1400多人受伤。由于发生在白天，亮如太阳的壮观火流星被大量的行车记录仪拍下。

车里雅宾斯克陨落事件实拍 | 图源网络

这些事情告诉我们，对小行星撞击地球的担忧并非杞人忧天。如何防御小行星撞击现在已经成为全球性的共同议题。

面对小行星威胁，无外乎以下几种方法：

炸——使用大量的炸药、导弹将小行星炸碎。

撞——通过主动撞击，就像打桌球一样使其偏离轨道，消除对地球的威胁。

藏——惹不起咱还躲不起么？如果对付不了飞驰而来的小行星，那么只能在撞击到来前尽快进入掩体躲藏起来，当然前提是要有足够的预警时间。

主动出击总比等着挨撞强。如果我们发现某个小行星对地球构成较大威胁，不妨尝试提前干预——不等它撞我，我先将其撞出威胁范围。

那么撞击效果究竟如何呢？需要达到什么水平才足以引起这种变化呢？美国航空航天局（NASA）的飞镖项目（DART）就是这方面的开路先锋。

DART任务徽章 | NASA/Johns Hopkins APL

DART，全称为Double Asteroid Redirection Test，可直译为“’双小行星撞击转向试验”。

英文单词 dart 有“飞镖”的意思，这项任务的标识也使用了飞镖形态，象征意义不言而喻，希望探测器能像一支飞镖那样正中目标。

有趣的是，因为DART的发音，国内爱好者也亲切地称之为“打他”，谐音梗玩得也是很溜啊！

“飞镖”的目标

先来看看明天就要撞小行星的这枚“飞镖”。

DART探测器，与封装它的火箭整流罩相比，小到不成比例 | NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman

DART探测器，长宽高：1.8 × 1.9 × 2.6 米，质量：610 千克。除了若干个用来确定方向和姿态的太阳传感器、一个导航用的星敏感器和一个20厘米口径摄像机以外，没有携带任何科学载荷，是个不折不扣的低成本卫星。

因为，它的使命确定了它就是“炮灰”。

当然它也不仅仅是“炮灰”，新型的离子发动机、卷轴太阳能电池板、小型高转换率电池在它身上都进行了实际应用试验。关于这些新技术，在《》一文中有过具体介绍。

DART探测器的各种仪器位置 | NASA/Johns Hopkins APL

再来看看这枚“飞镖”要撞击的标靶。

双小行星系统“狄迪莫斯”Didymos，小行星永久编号为65803号。距离太阳1.0~2.3天文单位，公转周期约770天，偏心率0.38，与黄道的夹角仅3°，比月球还小。

这样一个典型的“阿波罗型”近地小行星，符合潜在威胁小行星（PHA）的定义，但未来几百年内都不太可能撞击地球。

它下一次接近地球是2123年11月，最近距离约为590万千米。

7月27日，DART上的导航相机拍到了小行星狄迪莫斯的身影 | JPL DART Navigation Team

2003年，人们发现原来它还有一颗属于自己的卫星。在那之后，这颗小行星才得到了正式的命名，即“狄迪莫斯”Didymos，希腊语中“双胞胎”的意思。而它的卫星，也同时被命名为“狄默尔弗斯”Dimorphos，希腊语中“两种形态”的意思。

它的中文名字也很有意思。既然是孪生星，那么大的就叫“孪大星”，小的就叫“孪小星”好了。

65803号小行星环绕太阳的公转轨道 | ESA/NEO Coordination Centre

孪大星直径780米，孪小星直径170米。DART 的目标很明确，就是对孪小星进行撞击，并观察撞击效果。

对比一下目标小行星的大小，从左往右依次是：巴士，DART探测器，凯旋门，自由女神像，孪小星，吉萨大金字塔，艾菲尔铁塔，世贸一号楼，孪大星，哈利法塔 | NASA/Johns Hopkins APL

倒不是因为“柿子捡软的捏”，而是孪小星太合适作为这项任务的标靶了。原因有四：

孪小星质量非常小，按我们现有的技术，如果对它进行撞击，有可能产生“可观测”的公转周期的变化；

孪小星绕孪大星公转的轨道面与黄道面接近，从地球上看，它们构成了“食双星”。换句话说，孪小星绕孪大星旋转的过程中，该双小行星系统的亮度会出现规律性的变化，有利于测定其轨道周期；

实施撞击时，它们距离地球约1100万千米，足以让地面望远镜和哈勃太空望远镜进行观测，对撞击后的效果作出评估；

它们不会对地球造成威胁，不必担心撞击之后我们会反受其害。

通过双小行星互掩/凌产生的光变曲线，地面望远镜可以精确测定双小行星的公转周期 | NASA/Johns Hopkins APL

根据计划，明天凌晨3时左右，DART将进入全自动模式，通过导航相机寻找目标并进行定位。撞击前20分钟“精准锁定”。功率为3.5千瓦的离子发动机开足马力后最终把DART加速到 6.6 千米/秒左右。撞击前2分半引擎熄火。

7时14分，DART将迎面撞击孪小星。根据模拟，这样的撞击不仅会在孪小星表面留下一个坑，更会令其公转速度减小约0.4 毫米/秒。

可别嫌它小，放大到整条公转轨道上，撞击将使得孪小星绕孪大星公转的周期发生6~10分钟的变化。这个变化，使用地面大型望远镜是能测出来的。

撞击效果模拟 | ESA

据悉，在接近孪小星的最后阶段，直到撞击发生，DART都会源源不断地传回照片和无线电信号，画面将每秒刷新一帧。

最后一张图片采集自撞击前约2秒钟，但由于图像的解析需要一定的时间，因此我们将先看到无线电信号消失，过几秒钟才会失去图像。

DART导航相机撞击前拍摄画面模拟 | NASA

除此之外，DART还带了一位御用摄像师，一颗六单元的立方星LICIACube，专门负责在撞击前后有限时间内采集图像，并直接将数据传回地球。尤其是在撞击后约2分45秒，它将飞越孪小星，尝试捕获新的撞击坑图像，确认撞击并观察撞击所形成的羽流。不过研究团队可能需要几天的时间来处理观测数据。

DART分离立方星LICIACube的模拟图 | NASA/Johns Hopkins APL

9月21日，LICIACube测试相机时拍摄的地球影像 | ASI/NASA

作为人类首次行星防御演习，这一撞效果究竟会如何呢？别急，全球各地天文研究机构都会把望远镜对准夜空中那个小亮点。

NASA会投入哈勃空间望远镜（HST）、詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST），和正在执行木星特洛伊天体探测任务的露西号（Lucy）等“空中力量”，在第一时间进行观测，真可谓阵容豪华。

与此同时，地面上，分布在美国、智利、阿根廷、澳大利亚、新西兰、以色列、肯尼亚、南非、纳米比亚等地，甚至南极大陆上的各型光学望远镜和射电望远镜，从现在起到2023年都将持续对狄迪莫斯双小行星系统进行观测。

将对狄迪莫斯双小行星系统进行后续观测的望远镜分布 | NASA/JPL

在我们国内，还有一批业余天文学家和天文爱好者众筹申请了一台位于南美洲的大口径望远镜的观测时间，进行拍摄和研究。

毫无疑问，这又是一场天文学界的全球盛宴！

撞击小天体并非首次

“飞镖”DART并不是第一个撞击太阳系小天体的人造航天器。此前已有过两位“先驱”，分别是深度撞击号（Deep Impact）和隼鸟2号（Hayabusa 2）。

深空撞击号任务徽章 | NASA/JPL-Caltech/UMD

深度撞击号是NASA于2005年1月发射的探测器，考察对象是坦普尔1号彗星（9P/Tempel 1）。同年7月4日，它释放出一个重约372千克的撞击器，成功与彗核相撞。

撞击释放的能量相当于5吨黄色炸药，在彗星表面形成一个直径约150米、深达30米的撞击坑。撞击时，彗星亮度高出正常5倍。

主探测器在距离坦普尔1号彗星约500千米处飞越，通过高分辨相机（HRI）、中分辨相机（MRI）和撞击定位传感器（ITS）等载荷收集了一系列数据，并在之后的几天里传回了地球。

深度撞击号撞击彗星的高分辨动态实拍影像 | NASA/JPL

“深度撞击”的结果多少有些出人预料。观测数据表明，撞击产生的水冰和灰尘高出预期，支持松散多孔的彗星结构模型。彗星物质也比预想的细，更像滑石粉，而不是沙子。

天文学家根据彗星内部的化学性质推测，坦普尔1号彗星可能诞生于天王星或海王星附近。这些信息对了解彗星形成和演化机制，对优化太阳系的演化模型有着重要意义。

隼鸟2号任务徽章 | JAXA

隼鸟2号则是日本航天局（JAXA）的小行星采样返回探测器，于2014年12月3日从日本鹿儿岛县种子岛宇宙中心起飞，2018年6月27日抵达162173号小行星“龙宫”（Ryugu）。

2019年，隼鸟2号在“龙宫”表面进行了2次采样工作。2月22日的第一次采样，顺利采集到了小行星表面的样本（详见：）。而接下来的第二次采样，希望能够采集到表面以下更为原始的小行星物质。

于是，2019年4月5日，隼鸟2号以300米/秒的速度，向小行星“龙宫”的表面投射出一枚重达14千克的撞击器(SCI）。一时间，大量碎屑飞溅而出，在表面留下直径10米左右的弹坑。

隼鸟2号释放撞击器撞击小行星龙宫的实拍画面 | JAXA

隐藏在表面之下的小行星原始物质，也因此暴露了出来。

此次撞击形成了一个10米左右的弹坑，颜色更深的小行星原始物质暴露了出来 | JAXA

2019年7月11日，在这个新撞出来的弹坑内，隼鸟2号完成了第二次采样（详见：）。

最终，隼鸟2号从小行星“龙宫”上共计带回5.4克样品。

今年5月，日本研究人员宣布，在龙宫小行星的样品中发现了超过20种氨基酸，这是首次在太阳系小行星上，也就是太空自然环境中发现氨基酸，对破解生命起源提供了一条重要线索（详见：《小行星采样带回地外“生命之源”？离外星人入侵还有多远？》）。

明天清晨，不“撞”不散 | NASA/Johns Hopkins APL

而DART明天对孪小星的“主动出击”，算是人类对太阳系小天体的第3次撞击了。但相比前两次的“小打小闹”，明天DART的这一撞目标直指小行星防御，也是真正意义上人类首次有意尝试改变一个自然天体的运行状态。

你说这事儿够不够大？总结起来就是：极富挑战、极具意义。小行星防御任重道远，但我们人类已经开始实际行动了！

至于明天这一撞效果到底如何…… 别急，果壳会持续跟踪后续进展，敬请关注。

作者：水兄

编辑：Steed

题图：NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

一个AI

切，还不是专门挑了个小不点来撞……

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