新研究確認NASA的DART撞擊改變了小行星的形狀和軌道
在美國國家航空暨太空總署(NASA)進行了歷史性的雙小行星重定向試驗之後,由JPL 領導的一項研究表明,小行星Dimorphos的形狀發生了變化,其軌道也縮小了。 2022年9月26日,美國國家航空暨太空總署(NASA)的DART(雙小行星重定向試驗)故意撞向一顆560英尺寬(170公尺寬)的小行星。
美國國家航空暨太空總署(NASA)的DART太空船將於2022年10月與”Didymos”雙小行星系統中較小的天體相撞。歐空局的赫拉(Hera)任務將對碰撞後的”Didymos”進行勘測,並評估其軌道因碰撞而發生的變化,從而將這一一次性實驗轉化為可行的行星防禦技術。圖片來源:ESA-ScienceOffice.org
這次演示表明,如果一顆危險的小行星與地球發生碰撞,動能撞擊器可以使其偏轉。現在,發表在《行星科學雜誌》上的一項新研究表明,這次撞擊不僅改變了小行星的運動,也改變了它的形狀。
DART 的目標是小行星Dimorphos,它圍繞著一顆更大的近地小行星Didymos 運行。在撞擊之前,Dimorphos呈現大致對稱的”扁球形”–就像一個被壓扁的球,寬度大於高度。 Dimorphos的圓形軌道輪廓清晰,與Didymos的距離約為3900 英尺(1189 公尺),Dimorphos繞Didymos運行一圈需要11 小時55 分鐘。
美國國家航空暨太空總署南加州噴射推進實驗室的導航工程師尚塔努-奈杜(Shantanu Naidu)領導了這項研究。結果顯示,迪莫非斯的軌道不再是圓形的:它的軌道周期–完成一個軌道所需的時間–現在縮短了33 分15 秒。而且小行星的整個形狀也發生了變化,從一個相對對稱的物體變成了一個’三軸橢圓體’–更像是一個長方形的西瓜”。
2022 年9 月26 日,小行星Dimorphos 被美國太空總署的DART 任務捕捉到,就在太空船撞擊其表面前的兩秒鐘。對小行星撞擊前後的觀測表明,它是一個鬆散的”碎石堆”。圖片來源:NASA/Johns Hopkins APL
奈杜的團隊在他們的電腦模型中使用了三種資料來源來推斷小行星在撞擊後發生了什麼。第一個資料來源是DART 號太空船:太空船在接近小行星時捕捉到了影像,並透過美國太空總署的深空網路(DSN)發回地球。這些影像提供了”Didymos”和”Dimorphos”之間縫隙的特寫測量數據,同時也測量了兩顆小行星在撞擊前的尺寸。
第二個資料來源是位於加州巴斯托附近的DSN金石太陽系雷達,它從兩顆小行星上反彈出無線電波,精確測量出撞擊後Dimorphos相對於Didymos的位置和速度。雷達觀測結果很快就幫助美國國家航空暨太空總署得出結論:DART 對小行星的影響大大超出了最低預期。
第三個也是最重要的資料來源:世界各地的地面望遠鏡測量了兩顆小行星的”光曲線”,即小行星表面反射的陽光隨時間的變化。透過比較撞擊前後的光曲線,研究人員可以了解DART 如何改變了Dimorphos的運動。
這張插圖顯示了小行星Dimorphos 被DART 撞擊後的大致形狀變化。在撞擊之前(左圖),小行星的形狀像一個被壓扁的球;在撞擊之後,它的形狀變得更加修長,像西瓜。資料來源:NASA/JPL-Caltech
在Dimorphos的軌道上,它週期性地從Didymos的前面經過,然後又從後面經過。在這些所謂的”相互事件”中,一顆小行星會為另一顆小行星投下陰影,或遮住我們從地球上看到的景象。在這兩種情況下,望遠鏡都會記錄暫時的暗淡–光曲線的下降。
JPL 高級研究科學家、該研究的共同作者史蒂夫-切斯利(Steve Chesley)說:”我們利用這一系列精確的光曲線下降的時間來推斷軌道的形狀,由於我們的模型非常靈敏,我們還可以算出小行星的形狀。研究小組發現,迪莫非斯的軌道現在略微拉長,或者說偏心。在撞擊之前,事件發生的時間是有規律的,顯示出一個圓形軌道。撞擊後,時間上出現了非常細微的差異,顯示出有什麼地方出現了偏差。我們從未想到會有如此高的精確度。”
奈杜說,這些模型非常精確,甚至顯示了Dimorphos在圍繞Didymos運行時來回搖晃。
研究小組的模型也計算了Dimorphos的軌道週期是如何演變的。撞擊發生後,DART立即縮短了兩顆小行星之間的平均距離,使Dimorphos的軌道周期縮短了32分42秒,變成11小時22分37秒。
在接下來的幾周里,隨著Dimorphos向太空流失更多的岩石物質,小行星的軌道周期不斷縮短,最終定格在每軌道11小時22分3秒–比撞擊前少了33分15秒。奈杜說,這個計算結果精確到1 ½秒以內。 Dimorphos現在與Didymos的平均軌道距離約為3780英尺(1152公尺)–比撞擊前近了約120英尺(37公尺)。
“這項研究的結果與正在發表的其他研究結果一致,”位於華盛頓的美國宇航局總部太陽系小天體首席科學家湯姆-斯塔特勒(Tom Statler)說。 “看到不同的小組分析數據並獨立得出相同的結論,這是科學成果可靠的標誌。DART不僅向我們展示了小行星偏轉技術的途徑,還揭示了我們對小行星及其行為方式的新的基本認識。”
這些結果以及對撞擊後留下的碎片的觀測表明,迪莫非斯是一個鬆散的”碎石堆”天體,與小行星貝努類似。歐空局(ESA)的赫拉(Hera)任務計劃於2024年10月發射,它將前往這對小行星進行詳細勘測,並確認DART是如何重塑迪莫非斯的。
編譯自: ScitechDaily