NASA雙小行星重定向測試任務發射在即：將爲未來的行星防禦提供參考

美國國家航空航天局（NASA）即將發射的DART（雙小行星重定向測試）任務或許將成爲保護地球防禦小行星威脅的模板。

也許有一天，一臺已經在倉庫裏堆放許久的航天器會被召喚到發射臺，儘管它的建造者曾祈禱它永遠不要發射。這不是普通的航天器，儘管工程師們爲它裝載了儘可能多的高科技設備，但在設計上，它並不能幫助解開任何一個科學之謎。相反，它將擔負起一個更加嚴峻的任務：使小行星偏離撞向地球的軌道。

時至今日，科學家已經追蹤了地球附近的27000多塊太空岩石，尚未發現這樣的小行星。然而，行星防禦領域的專家們很清楚，在6500萬年前，正是這樣一個物體導致了大多數恐龍滅絕。他們決心確保人類不會遭遇同樣的命運，於是提出了一個解決方案：將任何有威脅的小行星推開，以避免撞上地球。

這張圖顯示了截至2018年發現的所有近地小行星，超過18000個。到2021年11月時，這一數字已超過2.7萬

現在，世界上第一個用於行星防禦的航天器正在美國加利福尼亞州范登堡太空基地待命，準備迎接11月23日的首次發射機會。按照計劃，DART探測器將在不到一年的時間內抵達一個近地雙小行星系統，最終撞擊小行星Didymos的小衛星（稱爲Dimorphos）。如果一切順利，該探測器將爲行星防禦提供關於小行星軌道偏轉的第一份真實數據。

“這不是一個新問題：人們已經知道小行星是一個潛在的威脅，也一直想要採取措施來防止未來發生這種情況，”負責協調DART任務的美國約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室行星科學家南希·沙博說，“也許這是人們心中長久以來就有的一個念頭。”

讓小行星偏轉的方法不止一種，而DART任務測試的技術被稱爲“動能撞擊器”（kinetic impactor）。具體而言，就是當你用足夠大的物體以足夠快的速度直接撞擊一顆小行星時，其運行軌道就會改變。首先，這顆小行星會減速，而這意味着它會落向所環繞運行的天體，通過物理學運算可知，小行星在更靠近該天體的軌道上要比在原來的軌道上稍快一些。

確定目標

DART探測器的將把它的全部重量（550千克）撞向小行星Didymos的小衛星Dimorphos。南希·沙博表示，DART任務的這個目標確實選得很好。科學家認爲，這兩塊太空岩石都是近地小行星中最常見的類型（S-型，一般由硅化物構成，與普通球粒隕石類似）。Didymos寬度約780米，與一座超高層摩天大樓相當；它的小衛星Dimorphos約160米寬，與埃及的大金字塔差不多。

在行星防禦專家看來，這種大小的小行星尤其具有研究價值。他們將小行星分爲三類，最大的那些寬度超過1000米，可能會造成最大程度的破壞，但同時也是最容易被發現的。目前，科學家非常自信他們已經找到了大部分這樣的小行星，但沒有一個會對地球造成威脅。最小的小行星由於體積有限，不會造成太大的破壞；有些甚至在穿越地球大氣層就已燃燒殆盡。

處在中間的是寬度超過140米，但又不到1000米的小行星，這也是行星防禦專家們最擔心的一類。這些小行星比1000米以上的小行星更難發現，但如果其中一顆撞擊地球，仍可能造成區域性的災難事件。Dimorphos的大小剛好在這個範圍內。

DART團隊還希望瞄準一顆圍繞較大小行星運行的小衛星，而不是圍繞太陽運行的小行星。這一選擇部分是爲了方便，部分是出於謹慎。首先，DART任務的領導者相信，輕推Dimorphos不會意外導致任何物體撞向地球，使這個團隊正在努力解決的問題惡化。

一顆小行星可能每幾年才能繞軌道運行一週，但Dimorphos大約每12小時就會繞Didymos運行一週。DART團隊預計，這次撞擊可能會使這一週期縮短10分鐘左右，與12小時的運行時間相比，這種差別已經相當明顯，而且可以更快地記錄下來。

DART的觀測結果將是首次真實的小行星撞擊數據，未來的行星防禦者可以將這些數據輸入到模型中，得出可以用多大體積航天器，採用多快的速度，才能足以抵禦一顆小行星。這正是NASA戈達德太空飛行中心的航空工程師布倫特·巴比所從事的工作。他負責設計假想的航天器任務，特別是爲行星防禦領域每兩年舉行一次的重要會議設計實踐場景。

“DART任務的結果將從許多方面，爲我們推進行星防禦的假想工作提供信息，”布倫特·巴比說，“在未來很多年裏，它將影響我們設計行星防禦任務的思考方式，從這個角度來說，這項任務的重要性的確不能被低估。”

工程師們將DART探測器放入位於范登堡太空部隊基地的SpaceX處理設施中，該任務將在2021年11月23日發射

一切都取決於時機

從事行星防禦研究的科學家們很快就意識到，我們不可能在發現威脅之前將其轉移。對地球上的人們來說，預警時間越多，情況就越有力。

對於DART任務所測試的“動能撞擊器”方法，預警時間尤爲重要，因爲小行星軌道的預期變化是相當小的，小行星需要繞太陽轉幾個圈之後，才能積累足夠的變化，使其最終不會與地球發生碰撞。“當你有幾十年的預警時間時，動力撞擊器就有足夠的時間完成任務，”布倫特·巴比說道。

南希·沙博指出，有了足夠的預警時間，就有了更多的可能性，比如我們可以發射一艘宇宙飛船偵察危險小行星，並完善偏轉任務。

“當你有充足的預警時間時，你要做的第一件事就是去更好地看看這個東西是什麼樣子，從而知道你面對的是什麼，”她說，“你可能不會指望發送到這顆小行星上的第一個東西就能使它偏離。”

科學家只能從地球上了解任何一顆小行星，包括它的軌道，以及對其體積的模糊估計，也許對它的形狀和組成有一個模糊的概念。所有這些因素都會影響到最優行星防禦任務的設計。“這將是非常有用的信息，但對於DART，我們無法提供太多，”南希·沙博說，“這實際上可能比獲得更長的預警時間更有挑戰性。”

人的因素

在真實的行星防禦場景中，預警時間的一個重要用途將與小行星無關，而是與人類關係更大。無論是否還有時間阻止小行星撞擊，國際對話都至關重要。行星防禦專家強調，一些國家可能會受到撞擊，另一些國家或許能夠採取行動阻止撞擊，還有一些國家可能會受到附帶影響。因此，所有國家都應該參與到地球的防禦當中。

但與流行病或氣候變化這樣的事件不同，對於小行星撞擊可能引發的災難，目前還沒有正式的專業國際組織。聯合國安理會可能會負責此事，但世界各國間的交流也非常重要。從法律上講，行星防禦尤其棘手，因爲一種潛在的偏轉技術依賴於核爆炸，而核武器是不允許進入太空的。隨着行星防禦技術的發展，該領域正變得越來越跨學科，不僅與科學和航天工程有關，還涉及國際法和救災應急。

是時候發射了

行星防禦專家認爲，動能撞擊器方法只是偏轉小行星路徑的一種技術。其他選擇可能會用到激光、飛船引力牽引或核爆炸等。在必要的時候選擇哪一種方法最爲合理，將取決於地球擁有的預警時間和小行星的大小。有時，使一顆小行星偏轉甚至需要不止一次任務，設計任務的難度也會隨之增加。

任何一次發射都需要兩個組成部分：火箭和航天器。“我們還會採用按需建造的方法嗎？還是更願意採用模塊化的建造方式，”布倫特·巴比說，“或者我們能否在整個航天器建造完成後，將它存放在某個倉庫或其他地方？這也是一個問題。”

同樣地，我們也要考慮火箭發射的推力問題。“真正有用的是讓火箭做好發射的準備，因爲這通常無法倉促完成，” 巴比說，“假設你的時間突然變少：在目前的程序下，要及時準備好發射一枚火箭將會相當困難。”

另一方面，如果偏轉任務需要進行一系列發射，後勤問題也會成倍增加。出錯的風險也是如此。儘管這只是一種可能性，但行星防禦專家們仍需要對此進行評估。

許多噩夢般的場景會出現。例如，小行星發生了部分偏轉，但不足以遠離地球。“它仍在飛向地球，但此時的撞擊點已經不在原來的位置，”巴比說，“現在我們人爲創造了另一個災難，不同於自然版本的災難。”

我們也可能對小行星的質量估計有誤，或者小行星的軌跡沒有像預測的那樣。巴比說：“當你撞擊小行星，而不是將它作爲完整的物體使其偏轉時，你可能會無意中使它斷裂出碎片。”這些碎片可能也會對地球造成威脅。

因此，存放在倉庫中的航天器最好不止一個。“你不會只發送一個，”南希·沙博說，“你可能會先發送一個，過後再發送另一個，可能會在幾周後到達。根據第一個航天器的情況，在決定是否需要推動它多一點或少一點。”

事實上，耗資3.3億美元的DART任務確實有後續計劃。歐洲空間局（ESA）將在2024年發射一臺名爲“赫拉”（Hera）的航天器，其探測結果將於DART任務之前的觀測數據進行對比，讓科學家們更詳細地瞭解真正的行星防禦任務可能需要考慮的因素。（任天）