欧洲航天局的Hera任务于10月7日从卡纳维拉尔角出发,由SpaceX公司的猎鹰9号火箭搭载,预计在2026年秋季到达距离地球数亿公里的双小行星Didymos。因为在2022年,NASA故意将其DART探测器撞击在这个双小行星的小半部分——Dimorphos“月球”上。这一史无前例的小行星偏转测试旨在改变目标的轨迹并观察结果。
通过DART上的摄像机、在撞击前部署的意大利微小卫星(CubeSat)以及地面望远镜、哈勃望远镜和詹姆斯·韦布太空望远镜的联合力量,我们已经了解到了此次偏转成功的多项细节。然而,要全面理解撞击后的情况,我们还需要更多的数据——这些信息对于推广结果并开发能使其他接近地球的小行星偏转的模型至关重要。Hera任务的目标是研究Didymos和Dimorphos在撞击后的状态。
关于小行星偏转测试,我们已经知道的事
这一首次小行星偏转测试取得了完全的成功。首先,DART探测器在最后几小时内自主导航,成功撞击一个原本仅知道其大小的小行星,并成功使Dimorphos的轨道偏移。这一偏转观察活动通过许多大陆的地面望远镜进行,测量了Dimorphos围绕Didymos的轨道周期从撞击前的11小时55分缩短到撞击后的11小时22分,展示了国际社会为测量偏转结果而协作的能力。
此外,DART在撞击前拍摄的图像提供了一些有关Dimorphos和其主体表面的特性的信息。最后,由DART在撞击前释放的意大利微型卫星LICIAcube和哈勃与詹姆斯·韦布太空望远镜首次对同一个目标的观测图像显示,由撞击产生并在太阳光压(称为“太阳辐射压”)推动下扩散的尘埃尾巴正延伸至数万公里,其中一些可能最终在大气中形成流星(无损害风险,因为它们会在大气中完全燃烧)。
Hera和其CubeSats,三个高科技科学侦探继续调查Didymos
但要准确衡量技术的有效性和确认撞击的建模——需能够在实际中再现这一测试并推广至其他场景,这些信息还不够。一些重要问题仍未解决。例如,衡量偏转效率需要知道Dimorphos的质量,而理解对撞击的响应则需要更好地了解Dimorphos的物理特性,尤其是其内部特性。例如,Dimorphos内部是否存在大面积的空隙?
它的组成是大大小小的岩石块还是一个被表面岩石覆盖的致密岩体?DART的撞击是否形成了一个撞击坑,或是如某些建模预测和近期地面观测显示的那样,完全变形了这颗小月球?因此,Hera像名侦探一样出发调查,找出到底发生了什么以及为什么会这样。首次,一颗探测器将环绕一个双小行星。此外,这是首次一项太空任务将以同时使用三颗卫星的方式来探索一个小体。
Hera配备的探测器携带两个CubeSats,每个大小如鞋盒,并配备自身的推进模式和多种测量仪器,将在小行星周边释放以执行更近距离的测量。
这种配置将演示携带更小模块的好处,这样可以在距目标极近处进行操作冒险,而主探测器则保持距离以确保完成必要的科学目标(Hera探测器本身配备了两台可见光观测相机、一台提供矿物成分数据的超光谱成像仪、一台由日本航天局(JAXA)提供的热红外成像仪,用于确定表面的热属性和粗糙度,以及一台激光测距仪)。
在等待Dimorphos被此首次偏转测试改变后的首批图像之余,我们将在2025年3月中旬的火星飞越中惊叹,这将给我们提供机会通过观察火星及其两颗卫星之一的火卫德Deimos来校准仪器,或许还能获得新的科学数据。详细研究撞击的结果以推断未来的碰撞
这也是第一次任务重返一个我们已有图像的小体,不过我们知道这些图像与其现状完全不同。根据现有的数据——非常局限,预测存在很多不确定性,可能的结果多样。
事实上,DART提供了撞击的初始条件,但我们缺少最终结果及其对撞击反应的目标属性。模型必须从DART提供的初始条件和待测目标的真实内部属性出发,来再现最终结果。目标是最大程度减少自由参数,以确保模型的成功再现结果不是通过调整未知参数达成,而是因为模型有效且可靠捕捉到了在地球实验室无法测量的现象。这些经过验证的模型将帮助我们更好地校准所需的撞击能量,以偏转具有已知属性的小行星。