大约6600万年前,一颗直径约10公里的小行星撞向地球,终结了恐龙长达1.6亿年的统治,也让人类深刻认识到近地天体撞击的毁灭性力量。
所以,当我们面对这样灾难级的撞击威胁时要怎么办呢?
2022年9月的时候,一场颠覆性的宇宙实验:NASA的双小行星重定向测试(DART)航天器,以每秒6.6公里的速度撞向了一颗小行星-迪莫弗斯,以实验人类是否有能力可以改变小行星的轨道。
2026年3月6日发表于《科学进展》的研究给出最终结果:那次撞击不仅大幅改变了迪莫弗斯围绕主星的互绕轨道,还改变了迪迪莫斯-迪莫弗斯双星系统绕太阳的整个轨道。
这一成就标志着人类首次直接改变了自然天体绕太阳运行的轨道。
重定向测试(DART)任务
在太阳系中,每天都有数十吨宇宙尘埃和微小颗粒坠入地球大气层,直径小于5米的小行星每年都会闯入地球大气,而更大尺寸的近地天体,始终是悬在地球头顶的潜在威胁。
想要规避小行星撞击风险,需要完成三大核心目标:发现并编目有潜在威胁的小行星、精准评估其撞击风险、掌握有效的轨道偏转技术。
DART任务正是为了验证第三项核心能力而生。
任务选定的目标,是迪迪莫斯-迪莫弗斯双小行星系统:主星迪迪莫斯直径约780米,伴星迪莫弗斯直径仅160米,二者受引力束缚围绕共同质心运行,其轨道特征清晰可测,是验证动能撞击技术的理想样本。
撞击发生后,科研团队最先确认了任务的核心目标达成:迪莫弗斯围绕迪迪莫斯的轨道周期缩短了33分钟,远超此前预估的7分钟,直观证明了动能撞击对小行星轨道的改变能力。
但对于行星防御而言,真正决定一颗小行星是否会撞击地球的,从来不是它在双星系统内的互绕轨道,而是它围绕太阳运行的日心轨道。
绕日轨道的改变
这也是此次研究的核心突破点:科研团队首次精准测量到DART撞击,不仅改变了双星的内部轨道,更让整个双星系统的日心轨道发生了可量化的偏转。
这种偏转的核心原理源于撞击产生的喷射物效应。
当DART撞向迪莫弗斯时,除了航天器本身的动能传递,撞击还激起了大量小行星表面物质,形成了高速喷射的羽流。
其中一部分喷射物不仅挣脱了迪莫弗斯的引力,更彻底逃离了整个双星系统的引力束缚,根据动量守恒定律,这些逃逸物质会给整个双星系统的质心带来反向的动量冲量,最终改变了系统绕太阳的运行轨迹。
为了捕捉这一极其微小的轨道变化,科研团队整合了2022年10月至2025年3月的海量高精度观测数据,包括22次能实现毫角秒级天体测量精度的恒星掩星观测、5955组地面天体位置测量数据、9次地面雷达测距数据,以及DART航天器的3次光学导航数据。
通过两套独立的轨道计算软件进行交叉验证。
最终得出精准结果:撞击让双星系统的沿轨速度出现了-11.7±1.3微米/秒的变化,也就是绕太阳的运行速度每秒减慢了约11.7微米,这一检测结果的显著性接近9σ,在统计学上具备极高的可靠性。
这个看似微不足道的速度变化,在宇宙尺度中却有着决定性的意义。
按此速度计算,十年间该系统的位置偏移量将累积至约3.7公里,而在行星防御常用的数十年预警时间尺度里,这样的微小偏转足以让原本直奔地球的小行星,彻底避开与地球的碰撞。
同时研究团队还测算出,此次撞击的日心动量增强因子为2.0±0.3,这意味着航天器本身的撞击,和逃逸喷射物带来的动量传递,对系统轨道偏转的贡献几乎各占一半,这一关键参数为后续小行星偏转任务的设计提供了核心依据。
除此之外,研究还首次精准测定了两颗小行星的物理参数:主星迪迪莫斯的体密度为2600±140千克/立方米,伴星迪莫弗斯仅为1540±220千克/立方米,后者的低密度特征,印证了它由迪迪莫斯自转加速脱落的物质吸积形成的主流假说,也解释了此前相关参数测算的偏差来源。
同时测算结果显示,迪莫弗斯的质量仅为迪迪莫斯的约1/200,这也与双星系统的普遍特征高度契合。
里程碑的意义
这项研究的里程碑意义,不仅在于人类首次实现了对自然天体日心轨道的主动改变,更在于它验证了一项全新的行星防御策略:针对双星小行星系统中的伴星进行动能撞击,能够有效偏转整个系统的日心轨道。
而在已知的近地小行星中,约15%为双星或多星系统,这一发现极大地拓宽了人类行星防御的适用场景。
未来,欧洲航天局的赫拉号探测器将奔赴迪迪莫斯系统,对撞击坑、小行星的内部结构和质量分布进行精细化探测,进一步完善动能撞击的理论模型。
而DART任务的这一全新成果,已经让人类在应对小行星撞击威胁的道路上,完成了从“被动监测”到“主动防御”的关键跨越。
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