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小行星撞地球

作者:  时间:2021-09-25 21:30:55
描述:研究人员通过计算撞击的动量将如何改变小行星的滚动、俯仰和偏航,模拟了DART飞船可能会在多大程度上改变迪莫罗斯的自转或自转。结果显示,后果可能是戏剧性的。
《美好城市yiluokuang.com》讯  恐龙没有能力应对来自太空的威胁,所以当6500万年前小行星撞向地球时,它们没有收到任何警告,也没有办法自卫,最终导致整个种群灭绝。有鉴于此,人类希望避免与恐龙同样的命运。

2021年晚些时候,美国宇航局(NASA)将启动一项任务,练习我们如何让未来可能撞击地球的小行星发生偏转以改变轨道。执行任务的飞行器名为“双小行星重定向测试”(DART)飞船,预计其最快将于11月24日发射,或最晚在2022年2月发射。

DART飞船需要1年左右的时间才能达到目标,即名为迪莫罗斯(Dimorphos)的小行星。这颗小行星的体积与体育场相当,围绕着体积更大的小行星迪迪莫斯(Didymos)运行。

NASA计划用汽车大小、重约333公斤的DART飞船以每秒6.5公里的速度撞击迪莫罗斯,将其绕迪迪莫斯飞行近12小时的轨道改变几分钟。五年后,欧洲航天局名为赫拉(Hera)的飞船将抵达现场,检查这项任务是否成功。

据推测,DART飞船的撞击只会对迪莫罗斯的轨道产生很小影响,但这应该足以让后者在未来偏离撞击地球的轨道,当然前提是我们提前在足够远的地方击中它。NASA DART项目科学家汤姆·斯塔特勒(Tom Statler)说:“我们这样做是为了有能力防止真正的灾难发生。”

科学家们已经很好地研究了迪莫罗斯轨道的潜在变化。但到目前为止,我们还不太清楚这颗小行星自身在撞击后会发生什么变化。由马里兰大学教授哈里森·阿格鲁萨(Harrison Agrusa)领导的研究团队,最近发表论文描述了模拟实验的结果。

研究人员通过计算撞击的动量将如何改变小行星的滚动、俯仰和偏航,模拟了DART飞船可能会在多大程度上改变迪莫罗斯的自转或自转。结果显示,后果可能是戏剧性的。阿格鲁萨说:“迪莫罗斯可能会开始旋转,进入一种混乱的状态。”

意想不到的旋转带来了许多有趣的挑战。这将增加在这颗小行星上着陆的难度,欧洲宇航局希望在赫拉任务中用两艘小型飞船尝试着陆。这也可能使未来撞击小行星使其改变轨道的尝试变得更加复杂,因为任何旋转运动都会影响小行星在太空中的路径。

当DART飞船撞击迪莫罗斯时,撞击产生的能量将相当于3吨TNT爆炸,将数千块碎片喷涌到太空中。斯塔特勒将其描述为时速2.4万公里的高尔夫球车撞上足球场的侧面。阿格鲁萨也称,撞击的力量不会立即导致迪莫罗斯的旋转发生任何变化,但几天后会发生巨变。

很快,迪莫罗斯就会开始轻微摆动,而且幅度会越来越大,因为撞击产生的动量会让小行星的旋转失去平衡,而在真空中没有摩擦力会减缓它的旋转。这颗看似沉稳的小行星卫星将呈现出一种新的形式,开始疯狂地来回摆动,它以前隐藏的那面也会进入人们的视野。

在几周内,迪莫罗斯可能会旋转到非常快的程度,以至于它进入了混乱的翻滚状态,无法控制地绕着轴旋转。阿格鲁萨说,在更极端的情况下,迪迪莫斯的潮汐模式可能会完全被打破,迪莫罗斯可能会开始“上下翻转”。

究竟会发生什么,将取决于几件事。迪莫罗斯的形状将起到重要作用:如果它更细长,而不是球状,它的旋转就会更混乱。到目前为止,雷达观测显示它是长条形的,但我们要到DART飞船撞击前几个小时才能具体了解。

撞击的位置也非常重要。DART飞船将瞄准迪莫罗斯的中心,目标是提供最大的力量来改变它的轨道,但它越偏离中心,产生的自旋就越混乱。然而,在大多数情况下,迪莫罗斯应该在几周内戏剧性地来回摆动或在多个方向上翻滚。

五年后,当赫拉任务的飞船到达时,场面可能会相当戏剧性,由于人类的影响,迪莫罗斯在其环绕迪迪莫斯的轨道上疯狂旋转。迪迪莫斯的引力拖曳可能需要几十年甚至几个世纪的时间才能将迪莫罗斯恢复到最初的状态。斯塔特勒说:“赫拉可能会发现迪莫罗斯处于混乱的翻滚状态,这真的很有趣,也真的很令人兴奋。”

赫拉的到来将是我们唯一能确定迪莫罗斯如何旋转的方法,因为DART飞船将在撞击中被摧毁,而迪莫罗斯太小了,从地球上看不到细节。名为LICIACube的意大利制造小型卫星将在撞击前部署,并将在撞击过程中拍摄图像,但它只会持续几分钟,不足以看到迪莫罗斯的后续变化。

赫拉还计划部署两颗较小的卫星,试图降落在迪莫罗斯的表面。翻滚运动预计不会阻碍这些部署,但它可能会使这些努力变得更加困难。如果没有对混乱的旋转进行适当的规划,这两个小型飞行器可能会被反弹,最终不会完全到达科学家想要的地方。

法国国家科学研究中心(CNRS)的帕特里克·米歇尔(Patrick Michel)说:“无论如何,在这么小的天体上着陆会非常难。”米歇尔是赫拉任务负责人之一,也是阿格鲁萨论文的合著者之一。

迪米罗斯的翻滚运动预计不会影响DART飞船拯救地球的彩排,也不会对地球构成任何危险,但这次尝试可能会提供许多科学上有用的信息。小行星的旋转状态可能会影响其他方面,比如它们反射了多少阳光,这可能会对它们的轨迹产生影响。

西安大略大学的天文学家保罗·维格特(Paul Wiegert)说:“这并不像用飞船撞小行星那么简单,还有很多物理知识需要你去理解。”

对迪莫罗斯和迪迪莫斯系统进行数年、数十年甚至数百年的观测,也将给我们一个前所未有的机会,让我们看到双星小行星系统在经历了这样的撞击后会如何变化。赫拉任务可以告诉我们潮汐效应有多强,可以帮助我们理解像这样的两颗小行星之间的引力关系。

在马萨诸塞州哈佛-史密森天体物理中心研究小行星动力学的费德里卡·斯波托(Federica Spoto)说:“我们即将看到高尔夫球车高速撞进体育场时会发生什么,结果可能会相当混乱,但这非常酷!我们实际上是在修改一个太空系统。”

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