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美國國家航空暨太空總署的DART撞擊永久地改變了小行星月球的形狀和軌域

2024-08-24科學

根據一項新的研究,當美國國家航空暨太空總署的雙小行星重新導向測試(DART)航天器在2022年與一顆名為Dimorphos的小行星衛星相撞時,月球發生了明顯的變形——形成了一個巨大的隕石坑,並將其重塑得如此之大,以至於月球偏離了最初的前進演化行程。該研究的研究人員認為,Dimorphos可能在試圖回到與其母小行星Didymos的重力平衡時開始混亂地「翻滾」。

馬里蘭大學天文學教授、DART調查工作群組負責人德瑞克·理查森(Derek Richardson)說:「在很大程度上,我們最初在撞擊前對DART將如何改變Didymos及其衛星在太空中的移動方式的預測是正確的。」「但有一些意想不到的發現有助於更好地了解小行星和其他小天體是如何隨著時間的推移形成和演變的。」

這篇論文於2024年8月23日發表在【行星科學雜誌】上,由理查森領導的一個團隊詳細介紹了撞擊後的重要觀測結果,並描述了對未來小行星研究的可能影響。

最大的驚喜之一是DART的撞擊改變了Dimorphos的形狀。根據理查森的說法,小行星衛星最初是扁圓的(形狀像漢堡包),但在DART航天器與它相撞後,它變得更長了(伸展得像足球)。

「我們預計Dimorphos在撞擊前會持續很長時間,因為我們通常認為,月球的中心物體會逐漸積累從Didymos這樣的主要物體上脫落的物質。它自然會形成一個細長的身體,它的長軸總是指向主體,」理查森解釋說。「但這個結果與這個想法相矛盾,表明這裏有更復雜的東西在起作用。此外,撞擊引起的Dimorphos形狀的變化可能改變了它與Didymos的交互作用方式。」

理查森指出,雖然DART只擊中了月球,但月球和主體是透過重力連線在一起的。航天器在撞擊中散落的碎片也在破壞月球與其小行星之間的平衡中發揮了作用,縮短了Dimorphos圍繞Didymos的軌域。有趣的是,Didymos的形狀保持不變——這一發現表明,這顆較大的小行星的身體足夠堅固和堅硬,即使在失去品質以形成它的衛星之後,也能保持其形狀。

根據理查森的說法,Dimorphos的變化對未來的探索工作具有重要意義,包括歐洲航天局計劃於2024年10月對Didymos系統進行的後續任務。

理查森解釋說:「最初,Dimorphos可能處於一種非常放松的狀態,它的一側指向主體Didymos,就像地球的月球總是有一面指向我們的星球一樣。」「現在,它被撞出了一條直線,這意味著它可能會在它的方向上來回擺動。二模蟲也可能在‘翻滾’,這意味著我們可能導致它混亂地、不可預測地旋轉。」

目前,研究小組正在等待發現噴出的碎片何時會從系統中清除,Dimorphos是否仍在太空中翻滾,以及它最終何時會恢復之前的穩定性。

他說:「我們現在最大的問題之一是,Dimorphos是否足夠穩定,可以讓航天器在上面著陸並安裝更多的研究裝置。」「可能需要一百年的時間才能看到系統的明顯變化,但距離撞擊僅僅過去了幾年。了解Dimorphos需要多長時間才能恢復穩定性,可以告訴我們有關其內部結構的重要資訊,這反過來又為未來嘗試改變危險小行星的方向提供資訊。」

理查森和他的團隊希望赫拉能提供更多關於DART影響的資訊。到2026年底,Hera將到達包含Dimorphos和Didymos的雙小行星系統,首次評估這兩顆小行星的內部特性,為DART任務及其對未來的影響提供更詳細的分析。

理查森說:「DART讓我們深入了解了在實驗室裏無法做到的復雜重力物理學,所有這些研究都有助於我們在實際威脅發生時校準保衛地球的努力。」「小行星或彗星接近並危及地球的可能性非零。現在,我們有了一道額外的防線來抵禦這類外部威脅。」