去年九月，美国国家航空航天局（NASA）的双小行星重定向测试（DART）航天器撞击了一颗小行星，故意改变了这颗岩石在太空中的轨道，这是行星防御的首次测试。现在，科学家们已经解构了这次碰撞及其后果——并了解了人类对宇宙的这一击是多么成功。
DART的大小与高尔夫球车相当，它撞击了一颗大金字塔大小的小行星，名为迪莫弗斯。研究人员今天在《自然》杂志上报告称，这次撞击导致这颗小行星绕另一块太空岩石运行的轨道缩小——迪莫弗斯现在完成一次轨道运行的时间比撞击前快了33分钟。这意味着，如果探测到一颗危险的小行星正朝地球飞来，撞击它的任务很可能能够将其从地球轨道上转移开。
DART的成功之前已被报道；现在，《自然》杂志上的五项研究描述了撞击的最后时刻以及它如何影响了小行星。其中一组将航天器的轨迹数据与撞击前不久拍摄的小行星表面照片结合起来。当DART以每秒超过6公里的速度冲向迪莫弗斯时，第一个撞击的部分是它的太阳能电池板之一，它撞上了一块6.5米宽的巨石。几微秒后，航天器的主体撞上了巨石旁边的岩石表面——价值3.3亿美元的DART撞成了碎片。
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撞击从迪莫弗斯43亿公斤的质量中喷射出至少一百万公斤的岩石。碎片形成了一条尾巴，延伸到小行星后方数万公里。各个望远镜在数周内观察到尾巴在太阳光线的压力下发生移动和演变；哈勃太空望远镜甚至探测到了第二条尾巴，这条尾巴在撞击后18天就消失了。
迪莫弗斯宽151米，绕着更大的小行星迪迪莫斯运行。NASA的目标是充分改变迪莫弗斯的轨道，使天文学家能够通过使用地面望远镜监测这对小行星随着时间推移的亮度变化来发现这些变化。这两颗小行星都不是，也永远不会对地球构成威胁。
在DART于9月26日接近迪莫弗斯时拍摄的图像显示，这颗小行星看起来像一个布满巨石的鸡蛋。它似乎是由重力勉强结合在一起的松散碎石堆——其表面可能会在DART撞击时壮观地破碎。
碰撞测试
马里兰州劳雷尔市约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家卡罗琳·恩斯特说，发现更多细节有助于研究人员理解为什么这次撞击如此成功地推动了小行星。
一个因素是航天器撞击了小行星中心附近约25米的位置，最大限度地发挥了其撞击力。另一个因素是大量小行星碎石从撞击中向外飞出。这种力量的反冲力将小行星进一步推离了之前的轨道。研究人员估计，这种碎石喷射意味着迪莫弗斯增加的动量几乎是DART赋予动量的四倍。
研究人员表示，尽管NASA仅在一颗小行星上演示了这项技术，但结果可能广泛适用于未来的威胁。“这意味着，如果存在威胁，我们可以快速设计一个偏转小行星的任务，并且我们知道这很有可能有效，”位于加利福尼亚州山景城的SETI研究所的弗兰克·马奇斯说，他同时也是位于马赛的望远镜制造商Unistellar的首席科学官。
“如果你在30年前问我，‘我们能确信我们不会在下周二被一颗巨型杀手小行星消灭吗？’我不得不说不，”华盛顿特区NASA总部的DART项目科学家汤姆·斯塔特勒补充道。现在，天文学家已经勘测了天空，以识别几乎所有危险的小行星——而且现在DART已被证明有效——“当发现新的东西时，我们将知道该怎么做”，他说。
研究人员正在继续分析DART数据，以更多地了解迪莫弗斯和迪迪莫斯的物理学、化学和地质学。这项工作正在一个由马奇斯共同领导的业余天文学家网络的支持下进行。该网络的成员在撞击发生之前、期间和之后使用他们的望远镜观察了这些小行星。他们发现，在航天器撞击后，岩石似乎立即变得明显更红。
北亚利桑那大学弗拉格斯塔夫分校的行星科学家克里斯蒂娜·托马斯在美国地球物理联盟的12月会议上报告说，NASA的夏威夷红外望远镜设施发现了后来发生的颜色变为蓝色的现象。“我们认为这很可能是因为我们从迪莫弗斯抛出了大量物质，”她说。撞击穿透了小行星风化的内部，露出了其内部的一部分，使小行星在撞击后几个小时内暂时呈现蓝色。
科学家们将在2026年末，当欧洲航天局的Hera航天器抵达迪莫弗斯时，近距离观察撞击的后果。研究人员渴望看到DART撞击留下了什么样的撞击坑。与此同时，详细的科学观测将持续数周，直到迪迪莫斯和迪莫弗斯远离地球，变得太暗以至于许多望远镜无法看到，然后运行到太阳背后。
“仍然能够观察正在发生的事情的演变真是令人兴奋，”托马斯说。
本文经许可转载，并于2023年3月1日首次发表于《自然》杂志。