NASA團隊介紹其行星防禦任務DART的不可預測性
據New Atlas報導，這是科幻災難片的素材：如果一顆小行星與我們的地球發生碰撞，我們該怎麼辦？一種選擇可能是使用蠻力，發送一個航天器來干預小行星的軌跡，簡單地將其撞離軌道。美國東部時間9月26日晚，美國宇航局（NASA）將通過一項世界首創的任務來探索這種可能性，即撞上小行星Dimorphos並改變其軌道。New Atlas採訪了這項具有里程碑意義的任務背後的團隊，以了解一些起作用的機制。
NASA去年11月啟動了“雙小行星重定向測試”（DART）任務，其目標是一個名為Didymos的雙小行星系統。該系統由較大的Didymos小行星組成，直徑為780米，該系統中較小的是一顆名為Dimorphos的衛星，直徑為160米，將成為小行星撞擊航天器的目標。
Dimorphos遠遠小於導致恐龍滅絕的那種小行星，後者被認為直徑約有10至15公里。但是，它仍然是那種如果撞擊地球就會產生一個相當大的隕石坑並導致大規模傷亡的小行星。重要的是，Didymos不可能發生這種情況，因為它在一個完全不同的路徑上，但它目前離我們的星球很近，確實使它成為DART任務的完美測試平台，正如來自約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的任務科學家Terik Daly向New Atlas解釋的那樣。
“首先，Didymos是一個雙小行星系統，”Daly說。“DART將撞上較小的小行星Dimorphos，並改變較小小行星圍繞較大小行星的軌道。這使得DART成為這項技術的安全測試，因為我們沒有改變較大小行星圍繞太陽的軌道。其次，Didymos系統在今年（北半球）秋季將足夠接近地球–但不會撞擊地球–因此地面上的望遠鏡將能夠測量DART撞擊對Dimorphos軌道的影響。在未來的幾十年裡，沒有已知的雙小行星能提供類似的機會。”
鎖定目標
任務科學家已經戰略性地規劃了DART航天器為期10個月的旅程，以便在距離地球相對較近的時候撞上Dimorphos，即大約1100萬公里。目前，Dimorphos圍繞Didymos的軌道周期為11小時55分鐘。通過將小衛星撞離軌道，DART有望將這一軌道縮短數分鐘。
當DART以超過22500公里/小時的速度接近其目標時，該團隊將不得不讓探測器在其最後時刻自行處理。航天器將由用於光學導航的Didymos偵察和小行星照相機（DRACO）儀器引導，該儀器將在接近小行星時捕捉圖像，並使DART能夠自主地朝其目標導航，在一個自我引導的螺旋中完全湮滅。
衡量成功
大約兩星期前，DART航天器部署了一個較小的輔助航天器，稱為“ Light Italian CubeSat”。它將隨時待命，充當碰撞事件的“攝影師”，捕捉彈射雲和迪Dimorphos 表面上任何潛在隕石坑的圖像。此外，駐紮在地球各地的強大的望遠鏡將對準這個雙小行星系統，準備檢測軌道路徑的變化。
DRACO的副儀器科學家Daly表示：“Dimorphos在撞擊後將沿著一條新的路徑圍繞Didymos運行，而不是撞擊前的路徑。地面上的望遠鏡將通過測量Dimorphos的軌道周期的變化來測量這條新的路線。”
進入未知世界
在設計一個以將小行星撞離軌道的想法為中心的行星防禦系統時，有許多問題需要考慮。在台球遊戲中，母球撞擊彩球的速度和角度將決定其路徑和擊球的成功。在某些方面，DART任務也遵循類似的原則。但是你必須確保母球足夠大，以產生預期的影響，正如設計指導系統的Mark Jensenius所解釋的那樣，該系統將引導DART度過它的最後時刻。
“改變Dimorphos路徑的關鍵是將線性動量從航天器轉移到小行星上，”他告訴New Atlas。“轉移的線性動量是航天器質量與航天器撞擊時相對於Dimorphos的速度的乘積。通過仔細的迭代和優化，研究小組得出了一個名義上的航天器質量和軌跡，既可行又能產生所需的線性動量。一旦確定了撞擊的幾何形狀，航天器的其他設計也就隨之而來。”
雖然這可能看起來只是兩個天體之間的動能撞擊使其中一個進入了新的軌道，但還有其他因素在起作用，而且有些因素並不那麼好理解。科學家們在撞擊發生後才知道會有多少塵埃和碎片產生，因此他們在Dimorphos的新路徑成形後才知道這將產生什麼影響。據DART任務設計負責人、約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的航空航天工程師Justin Atchison說，就這項技術如何幫助我們保衛我們的星球免受未來小行星的影響而言，這可能是DART任務最寶貴的經驗之一。
“我們特別關心傳遞的動量，而不是動能，”Atchison告訴New Atlas。“也就是說，DART的線性動量有多少將被轉移到Dimorphos的軌道上。數學是很好理解的，但是方程中有一個重要的未知參數，叫做Beta，我們正試圖用撞擊後的觀測來測量它。Beta值是衡量撞擊噴出物對傳給Didymos的總動量變化的影響程度。這很重要，因為它意味著Dimorphos軌道的有效變化被放大了。這是一個需要了解的重要參數，因為它關係到你可能期望一個可操作的（假設的）動能撞擊器的性能如何。許多複雜的模型被用來預測Beta，其結果有很大的差異。除其他事項外，DART將有助於校準這些模型。”
DART航天器計劃在美國東部時間9月26日晚上7點14分與Dimorphous 相撞，由DRACO收集的圖像將實時傳回地球。除了從望遠鏡和“ Light Italian CubeSat”衛星進行撞擊後的觀測外，歐洲航天局的Hera任務將在2024年向該雙小行星系統發射一個探測器，從近距離研究其後效應。這可能會看到DART任務轉化為一種行星防禦技術，以應對未來那些離地球太近的小行星。