NASA偏转小行星任务意外结果

2022年，NASA指挥一艘航天器撞击一颗大小约等于吉萨大金字塔的小行星，以改变其轨道。

该任务证明了在太空中重新定向物体是可行的。除了改变小行星Dimorphos的轨迹外，撞击还导致大块巨石从小行星上脱落，直径范围从1米到7米（3至23英尺）不等。近期追踪这些巨石的研究发现，它们的运动方向出乎意料，这可能影响未来小行星偏转策略。

“目前尚未全面计算所有方向上的总动量，但喷射物锥体不仅沿着来航航天器的方向扩散，还向侧面扩散，”团队在论文中解释道。“因此，动量的一个重要组成部分，可能是β因子贡献的数倍，是沿着与Dimorphos速度矢量垂直的方向传递的。要充分理解撞击对Dimorphos轨道的影响，必须探究碎片场的空间分布，并利用其确定所有组成部分的净动量。”

团队分析了由伴随双小行星重定向测试（DART）任务的意大利轻型立方卫星LICIACube拍摄的104块巨石的分布。这些半径在0.2至3.6米（0.7至11.8英尺）之间的巨石，在撞击后以最高52米/秒（116英里/小时）的速度远离Dimorphos。虽然小行星轨迹的改变是预期之内，但这些巨石的运动路径却出乎意料。

“我们发现这些巨石并非在空间中随机散布，”论文第一作者、马里兰大学天文学系研究科学家Tony Farnham在一份声明中说。“相反，它们聚集成两个相当明显的群体，其他区域几乎没有物质，这意味着这里存在未知的作用机制。”

最大的碎片群包含约70%的喷射物，以较浅的角度高速向南移动，接近小行星表面。团队推测这些可能是因DART太阳能电池板撞击而破碎的大型巨石碎片。

“DART的太阳能电池板很可能撞击了小行星上的两块大巨石，称为Atabaque和Bodhran，”第二作者、马里兰大学天文学与地质学教授Jessica Sunshine补充道。“证据表明，南部喷射物群很可能由半径3.3米的Atabaque碎片组成。”

研究显示，撞击释放的巨石携带的动量是DART航天器本身的三倍以上。此外，由于喷射巨石大多垂直于DART的运动方向，任务可能使小行星的轨道面偏转了多达一度，可能导致其在太空中旋转或翻滚。

“如果一颗小行星正向我们翻滚，我们知道必须移动它一定距离以防撞击地球，那么所有这些细节就变得非常非常重要，”Sunshine补充道。“你可以把它想象成一场宇宙台球游戏。如果不考虑所有变量，我们可能会错过目标。”

尽管Dimorphos对地球没有威胁，但未来的小行星偏转任务需要考虑此次观测到的复杂动力学。

“Deep Impact任务撞击的是基本由非常细小均匀颗粒组成的表面，因此其喷射物相对平滑且连续，”曾任NASA Deep Impact任务副首席研究员的Sunshine继续说道。“而这里，我们看到DART撞击的是一个岩石多且布满大巨石的表面，导致喷射物呈现混乱且丝状的结构。”

“将这两次任务并列比较，让我们洞察不同类型天体对撞击的反应，这对确保行星防御任务的成功至关重要。”

团队指出，必须全面分析表面巨石的动量，以确定未来撞击如何影响类似天体。欧洲航天局的Hera任务计划于2026年抵达Dimorphos，进一步研究撞击效果。

“我们成功偏转了一颗小行星，改变了它的轨道，”Farnham补充道。“我们的研究表明，虽然DART航天器的直接撞击导致了这一变化，但喷射出的巨石提供了几乎同等大小的额外推动力。这个额外因素改变了我们在规划此类任务时需要考虑的物理因素。”

该研究发表在《行星科学杂志》上。