最好的防守，就是進(jìn)攻。

作者 | 凌梓郡編輯 | 靖宇

二十一世紀(jì)的某一天，兩位天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一顆喜馬拉雅大小的彗星即將在 6 個(gè)月后撞擊地球，帶來(lái)的能量相當(dāng)于十億顆原子彈，不采取行動(dòng)，地球?qū)纭?/p>

他們先后把這一消息告訴 NASA、美國(guó)總統(tǒng)、再通過(guò)電視新聞告訴大眾。

可惜，沒有人重視。

總統(tǒng)關(guān)注自己的選舉、大眾把這個(gè)消息當(dāng)作一次有趣的頭條。于是「不抬頭看天」的地球迎來(lái)了毀滅。

這個(gè)去年底上線 Netflix 的諷刺喜劇《不要抬頭》（Don't Look Up），雖然故事純屬虛構(gòu)，但一個(gè)細(xì)節(jié)倒是符合現(xiàn)實(shí)——兩位天文學(xué)家被 NASA 局長(zhǎng)移交給「行星防御」辦公室的主管，由主管領(lǐng)著連夜見總統(tǒng)。

在現(xiàn)實(shí)中，NASA 確實(shí)設(shè)立了一個(gè)類似部門，名字差不多：「行星防御協(xié)調(diào)辦公室」（Planetary Defense Coordination Office）。這個(gè)辦公室的主要任務(wù)，就是睜大眼睛尋找有潛在威脅的近地天體，發(fā)出警告，并設(shè)計(jì)預(yù)防方案。所以，如果真的有電影里喜馬拉雅山那么大的彗星威脅地球，應(yīng)該是這個(gè)部門先發(fā)現(xiàn)，輪不到兩個(gè)普通的天文學(xué)家。

就在今天，2022 年 9 月 27 日，這個(gè)辦公室剛剛執(zhí)行了人類歷史上第一次，小行星防御演習(xí)——用一顆人造衛(wèi)星撞擊小行星來(lái)改變其軌道。

這次撞擊任務(wù)，是雙小行星改道測(cè)試（Double Asteroid Redirection Test）行動(dòng)的一部分。被派往太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)的衛(wèi)星就叫做 DART。Dart，在英文中也是飛鏢的意思。它也可能是至今最昂貴的一枚「飛鏢」。

DART 路線圖和雙星系統(tǒng)示意圖｜來(lái)源：NASA

01

漫長(zhǎng)奔赴，

迎面相撞

美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間 9 月 26 日晚上 7 點(diǎn)多，「最后一擊」前的 2 分鐘，馬達(dá)熄滅。在此之前，它以每秒約 6.6 千米的速度奔赴目標(biāo)。

此時(shí) DART 衛(wèi)星已經(jīng)鎖定了小行星 Dimorphos，越來(lái)越近，只差最后一擊。這次撞擊之前，它已經(jīng)飛行了 10 個(gè)月之久。2021 年 11 月，這顆衛(wèi)星被一枚獵鷹 9 號(hào)送入太空。

DART 衛(wèi)星這次飛行的目標(biāo)，是距離地球之外 1100 萬(wàn)公里的雙星系統(tǒng) Didymos ( 希臘語(yǔ)的雙胞胎）。

這個(gè)雙星系統(tǒng)里有一大一小兩顆小行星，大的直徑 780 米，小的直徑 160 米。這顆弟弟小行星是另一顆哥哥小行星的衛(wèi)星，它繞著雙星系統(tǒng)中較大的那顆，每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間是 11 小時(shí) 55 分鐘。這顆名字為 Dimorphos 的小行星，是 DART 衛(wèi)星奔赴的最終目標(biāo)。

在執(zhí)行撞擊任務(wù)的 26 日下午 3 點(diǎn)，衛(wèi)星接收到最后一次來(lái)自地球的航向修正信息后，DART 就進(jìn)入了自動(dòng)導(dǎo)航模式——自主導(dǎo)航也是在這次任務(wù)測(cè)試的技術(shù)之一?？蒲袌F(tuán)隊(duì)為衛(wèi)星配置了一個(gè)光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)。在撞擊前一個(gè)小時(shí)，這個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)衛(wèi)星 DART 鎖定雙星系統(tǒng)中的弟弟。

在最后的幾分鐘里，衛(wèi)星上的照相機(jī)向地球傳回的照片，記錄下衛(wèi)星視角的「奔赴」：

撞擊前 2.5 分鐘，這也是最后一次雙星系統(tǒng)出現(xiàn)在視角里。距離目標(biāo) 570 公里。

撞擊前 11 秒，距離目標(biāo) 68 公里。

撞擊前傳來(lái)的最后一張圖片，距離目標(biāo) 12 公里。

在撞擊前大約 1 秒，距離目標(biāo) 1 公里，衛(wèi)星頑強(qiáng)傳回來(lái)最后一張照片。

在圖像傳回地球的途中，衛(wèi)星「親吻」了目標(biāo)，所以只傳回了一小部分信息。

晚上 7 點(diǎn) 14 分，在美國(guó)馬里蘭州的任務(wù)控制中心宣布，撞擊任務(wù)成功。

之所以選擇這個(gè)雙星系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，是因?yàn)樗嚯x地球的距離適中，方便飛行器抵達(dá)，也方便各種天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，同時(shí)也足夠安全，不至于對(duì)地球產(chǎn)生任何影響。

而選擇雙星系統(tǒng)中較小的弟弟，不完全是因?yàn)椤甘磷酉日臆浀哪蟆梗彩且驗(yàn)樽矒糁螅ㄟ^(guò)觀測(cè)它圍繞哥哥運(yùn)行的軌道變化，能夠推算出這次撞擊帶來(lái)的影響。

另外一個(gè)原因，直徑在 140 米以上的小行星，就有可能對(duì)地球造成潛在威脅。這顆弟弟行星直徑 160 米，達(dá)到了造成潛在威脅的「體積下限」，因此也適合作為改換軌道試驗(yàn)的候選人。換句話說(shuō)，這個(gè)雙星系統(tǒng)簡(jiǎn)直是小行星改道的理想試驗(yàn)場(chǎng)。

從體積上而言，DART 衛(wèi)星直徑只有 19 米，不到撞擊目標(biāo)的八分之一。而科學(xué)家測(cè)算，這次撞擊將使得 Dimorphos 的運(yùn)行軌道改變 7 分鐘。

工作人員將 DART 從集裝箱中取出｜來(lái)源：NASA

02

「行星撞地球」

的概率問題

雖然衛(wèi)星本身不能再向地球傳回任何信息，但科學(xué)家依舊在等待更多的圖像。一個(gè)小小的盒子，可能是這次「人造天象」的最佳觀眾。

在這次撞擊任務(wù) 15 天前，DART 衛(wèi)星上分離出一個(gè)小型的立方體「盒子」（LICIA Cube），它由意大利太空總署提供，是一個(gè)自帶翅膀的圖像采集器。分離后，它也會(huì)自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)，達(dá)到 DART 的上空，見證撞擊的歷史時(shí)刻，并捕捉撞擊過(guò)程中小行星噴射物在太空中所形成的圖像。

不過(guò)由于 LICIA Cube 沒有配備大型天線，圖像將在未來(lái)幾周內(nèi)一張一張傳回地球。有了它提供的圖像，再加上衛(wèi)星本身傳回的圖像，人們可以期待未來(lái)會(huì)出現(xiàn)這次撞擊更生動(dòng)全面的記錄。

兩顆行星與 DART 的大小對(duì)比｜來(lái)源：NASA

據(jù)科學(xué)家預(yù)測(cè)，這次撞擊，可能會(huì)讓 9980 千克到 99800 千克的小行星被物質(zhì)被彈射出來(lái)，并在表面形成隕石坑。在相撞的瞬間，將有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的微小巖石被擠壓，它們所形成的推力總和，將加成 DART 撞擊帶來(lái)的效果。

研究相撞模型的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，影響撞擊結(jié)果的主要因素有衛(wèi)星 DART 的速度、兩者碰撞時(shí)的角速度，還有就是被撞擊小行星本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者材料特性。

組成小行星的巖石的強(qiáng)度，和這些巖石的孔隙度（也就是巖石中間的空氣體積含量），將會(huì)對(duì)撞擊結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。但是由于目前人們并不了解小行星巖石本身的情況，科學(xué)家除了測(cè)算不同的模型，也在等待 LICIA Cube 傳回的圖片，得到更多的信息。

不同孔隙度下，科學(xué)家進(jìn)行的結(jié)果測(cè)算｜來(lái)源：NASA

過(guò)去幾十年，越來(lái)越多的證據(jù)表明，許多小行星并非以固體巖石的形態(tài)存在，也不是含有數(shù)百萬(wàn)個(gè)微孔的巖石。它們存在形態(tài)是碎石堆，也就是松散的巨石堆。引力的作用使得這些石頭聚集在一起，形成一顆小行星。它們很像漂浮在宇宙中的巨型石場(chǎng)。科學(xué)家懷疑，Dimorphos 也是這樣的存在。

人類將地球到太陽(yáng)的最近距離定義為 1 個(gè)天文單位，如果有天體近日距離小于 1.3 個(gè)天文單位，就被認(rèn)為是近地天體。

目前觀測(cè)到的近地天體主要是小行星和彗星，還有最常見的流星。

根據(jù) NASA 內(nèi)部一份近地天體研究中心的數(shù)據(jù)，截至 2020 年 7 月 20 日，已知的近地小行星有 23,118 顆。其中一小半的小行星直徑達(dá)到了 140 米。這些都是有可能給地球帶來(lái)潛在威脅的小行星，只是目前人類對(duì)它們知之甚少。

在新聞中，每隔一段時(shí)間也會(huì)出現(xiàn)某顆小行星未來(lái)會(huì)撞擊地球的預(yù)測(cè)，但是過(guò)一段時(shí)間又會(huì)被證明是計(jì)算錯(cuò)誤。1998 年，有消息稱一顆小行星將于 2028 年撞擊地球。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，那顆小行星將與地球擦肩而過(guò)。

據(jù)推測(cè)，在太陽(yáng)系早期，大概在十億年前，地球遭受過(guò)大量的小行星撞擊。目前，地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約 200 個(gè)小行星撞擊坑，還有疑似的撞擊坑。

按照目前已有的信息來(lái)推算近地天體撞擊地球的概率，直徑 200 米量級(jí)的小型天體是每千年出現(xiàn)一次。而 6500 萬(wàn)年前導(dǎo)致恐龍滅絕的那次撞擊，是一顆直徑 15 公里的小行星。它發(fā)生的概率以億年計(jì)算。這在已知的歷史中僅僅發(fā)生過(guò)這一次。

對(duì)人類來(lái)說(shuō)，一顆直徑達(dá)到 1000 米的小行星，就能夠?qū)Φ厍驇?lái)毀滅性打擊——撞擊產(chǎn)生的塵埃會(huì)覆蓋大部分陸地，也會(huì)在海洋引起海嘯。

據(jù)目前掌握的數(shù)據(jù)，在未來(lái) 100 年內(nèi)，沒有任何已知直徑大于 140 米的小行星可能撞擊地球。而人類的視野尚存在盲區(qū)，還有一部分小行星未被觀測(cè)到。

此外，還有個(gè)別小行星被列入「潛在威脅」的名單，有一顆小行星被認(rèn)為在 100 多年后有千分之一的概率撞擊地球；另一顆被預(yù)測(cè)在 700 多年后，有三百分之一的概率撞擊地球。好在人類不是恐龍，面對(duì)小概率事件，會(huì)從幾百年之前就思考方案。

對(duì)了，為了紀(jì)念人類的首次小行星改道實(shí)驗(yàn)，你今天可以用「DART NASA」作為暗語(yǔ)，觸發(fā)一個(gè)被 DART 撞擊后傾斜了的網(wǎng)頁(yè)。

歪斜的紀(jì)念｜來(lái)源：截圖

DART 的撞擊只是一個(gè)起點(diǎn)，這個(gè)計(jì)劃會(huì)在未來(lái)幾年以不同的方式持續(xù)進(jìn)行。

除了地球上天文臺(tái)對(duì)這個(gè)雙星系統(tǒng)的觀測(cè)之外，在 2024 年，歐洲宇航局將會(huì)發(fā)射名為「赫拉」的航天器，在 2026 年抵達(dá)雙星系統(tǒng)。主航天器和它所攜帶的 2 個(gè)類似于 LICIA Cube 的圖像采集器，將會(huì)近距離觀測(cè) Dimorphos 這次留下的碰撞痕跡——隕石坑，并測(cè)量它的質(zhì)量。

屆時(shí)，這個(gè)雙星系統(tǒng)的更多數(shù)據(jù)將被科學(xué)家掌握——到時(shí)候，Dimorphos 或許將成為人類在宇宙中最了解的小行星。

而不論結(jié)果如何，這次具有里程碑意義的「太空出擊」，都在歷史上留下了一筆——接下來(lái)不少好萊塢科幻影片的開頭，可能就來(lái)自 DART 的這次太空任務(wù)。