2022年9月26日，在撞擊前不到兩分鍾，DART拍攝了小行星Dimorphos。 (Image credit: NASA/JHUAPL)
（神秘的地球uux.cn）據美國太空網（By Sharmila Kuthunur）：美國宇航局的雙小行星重定向測試(DART)任務有兩個主要目標:表明小行星可以在高速相遇中成為目標，並證明目標的軌道可以改變——如果危險的太空岩石迎麵而來，天文學家希望將這項技術用於行星防禦。
“DART已經成功地做到了這兩點，”天文學家在一項新的研究中報告說。該任務的巨大成功表明，像DART這樣的“動能撞擊器”是一種“必要時潛在保護地球的可行技術”，研究人員在另一項新研究中指出。
這兩項研究是周三(3月1日)在線發表在《自然》雜誌上的五篇DART論文中的一部分。在這五項研究中，天文學家分享了該任務的其他發現，使用的數據是探測器在2022年9月26日與2560英尺寬(780米)的小行星迪狄莫斯的衛星迪莫爾福斯碰撞之前以及碰撞後發送回家的數據。
最新的結果集中在重建DART的最後時刻；精確計算航天器改變其目標軌道的程度；迪莫爾福斯令人費解的雙尾；以及全球公民科學望遠鏡網絡捕捉到的關鍵任務時刻。
雖然研究人員仍在研究DART數據，但他們已經在開發一個續集任務:歐洲航天局的Hera航天器，計劃於2024年10月發射，兩年後到達Didymos。預計赫拉將詳細研究迪狄莫斯-迪莫爾福斯係統，包括達特俯衝形成的隕石坑。
"這種情況對於行星探索來說是罕見的，非常令人興奮！"約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室(APL)的行星科學家卡羅琳·恩斯特是其中一項研究的合著者，她在一封電子郵件中告訴Space.com。
DART最後時刻的細節
研究人員在新論文中報告說，在撞擊前一個月，DART探測器開始每五個小時向家裏發送一次照片，這些照片由地麵光學導航小組處理。
大約在撞擊前四個小時，研究人員將控製權移交給DART，並允許它使用其自主智能導航係統進行導航，該係統還處理船上的圖像，首先識別Didymos，然後識別Dimorphos。
研究小組已經知道，在這段時間的大部分時間裏，Dimorphos將隱藏在航天器的視野之外，所以他們讓DART向Didymos移動，直到它能夠探測到Dimorphos，這是兩者中較小和較暗的一個，研究人員說，它在撞上它之前73分鍾做到了。
恩斯特說:“第一次看到它真是太棒了——以前從來沒有人獲得過清晰的迪莫爾福斯圖像。這張照片顯示，迪莫爾福斯的表麵布滿了巨石，類似於由碎石堆成的小行星，如Ikotawa、貝努鳥或Ryugu。
研究人員在五項新研究中的一項中指出，大約在墜毀前2.5分鍾，DART探測器停止機動以穩定下來，並減少最終圖像中的抖動和模糊。在整個階段，航天器每秒鍾點擊一張圖像，包括其撞擊點的照片，一片覆蓋9472平方英尺(880平方米)的二形態——這是它在按計劃墜入小行星上的兩個大石塊之間之前1.8秒發送回家的最後一件事。
DART以73度角接近Dimorphos，並使其太陽能電池陣列略微傾斜，因此探測器在撞擊前擦過其中一個巨石。在這項任務之前，研究人員對二形態化石的樣子幾乎一無所知——它可能是從一堆碎石到一塊大石頭的任何東西。
使用DART的數據，研究人員在一種稱為立體攝影測量的技術的幫助下模擬了小行星的形狀，這種技術通常用於模擬小天體的形狀。他們發現Dimorphos是一個扁球體，像一個橄欖球，直徑為580英尺(177米)。
“很明顯，它看起來像一堆石頭！”她補充說，她對這顆小行星看起來有多橢圓感到驚訝。
恩斯特說，她的團隊正在研究新的模型和實驗，以更好地了解DART撞擊期間到底發生了什麽，以及該事件如何改變小行星的軌道和旋轉，所有這些對於將這種動力學撞擊技術應用於行星防禦來說都是必不可少的。
“還有很多很多東西要學，”她說。
撞擊是如何如此戲劇性地改變了Dimorphos的軌道
當DART撞上Dimorphos時，飛船按照設計撞上了Dimorphos的主半球，即岩石繞太陽運行時麵向前方的半球。研究人員以這種方式計劃撞擊，以便最大限度地將動量從航天器轉移到小行星，幫助推動它更接近土衛二。
此前，這顆小行星每隔11小時55分鍾繞狄莫斯一周。天文學家在2022年10月宣布，DART成功地將Dimorphos的軌道縮短了32分鍾，其中一項新的研究將這一時間調整為33分鍾。
想象一下這種影響就像在太空中打台球一樣:一個固體航天器撞上了一個固體小行星，沒有任何物質被噴射出來。在這種情況下，研究人員預計DART將從Dimorphos的軌道上減去7分鍾。(DART隻需將軌道周期縮短73秒，就被譽為成功。)
然而，如果小行星被證明是一堆相對鬆散的岩石，研究人員估計軌道變化要高得多，高達40分鍾。
一項新的研究發現，當DART墜入Dimorphos時，它證實了後一種情況:至少220萬磅(100萬公斤)的爆炸物質提供了額外的動量，這是將小行星的軌道周期縮短33分鍾的關鍵。
“我和團隊中的許多人一樣，驚訝地發現如此大的動量轉移，”安德魯·程(Andrew Cheng)在一封電子郵件中告訴Space.com，他是這項研究(在新選項卡中打開)的主要作者，該研究測量了DART向Dimorphos的動量轉移。
研究人員已經預測到這可能會發生，所以這並不完全是一個驚喜——但仍然令人興奮。爆炸物質的作用類似於一把被觸發的槍:由於後坐力，它向後踢向迪莫爾福斯，增加了轉移到小行星上方的動量，超過了達特的質量和速度本身可能產生的影響。
當探測器接近小行星係統時，研究人員使用DART的DRACO儀器記錄了Didymos和Dimorphos相對於彼此的位置。北亞利桑那大學的天文學家、一項最新研究的合著者克裏斯蒂娜·托馬斯(Cristina Thomas)在一封電子郵件中告訴Space.com，這些圖像包括DART的最後時刻，是對分析的“一個奇妙的補充”。
研究小組在研究中指出，利用來自七大洲望遠鏡的數據，計算了Dimorphos軌道33分鍾的變化，“盡管在我們所有的觀察中都存在噴出物”。研究小組還發現，DART的墜毀並沒有改變Didymos圍繞小行星duo質心的軌道周期，仍然是2.26小時。
這項測試是第一次也是迄今為止唯一一次表明我們可以使用像DART這樣的動能撞擊物來偏轉小行星。由於許多小行星都是類似的岩石碎片堆，研究人員表示，像DART這樣的航天器撞擊產生的物質會導致顯著的額外動量，從而導致目標發生更大的偏轉。
“這意味著我們可以在更短的預警時間內改變小行星的路徑，”托馬斯說。"如果我們需要轉移一個真實的目標，這個事實將會非常重要。"
神秘的孿生尾巴仍然無法解釋
我們知道十幾個活躍的小行星，它們是太空岩石，看起來像小行星，但行為像彗星，尾巴有時會延伸100萬英裏(160萬公裏)。雖然天文學家認為小行星碰撞可能導致了這些特征，但他們從未直接觀察到這一過程。
因此，當DART撞上Dimorphos時，研究人員有一個罕見的前排座位來觀看它衝出小行星時噴射出的碎片。根據一項新的研究(在新標簽中打開)，該小組使用哈勃太空望遠鏡對撞擊後15分鍾開始的噴出物進行了18.5天的成像。
撞擊後不久，噴出的物質變形為類似圓錐的形狀，各種大小的岩石塊飛到距離小行星310英裏(500公裏)遠的地方。研究人員說，這些不均勻的噴出物表明，雙形態行星可能有一個礫石表麵，但內部是碎石堆。
碰撞三小時後，第一個塵埃尾以與噴出物圓錐體相反的方向出現，來自太陽的輻射將其拉伸了930多英裏(1500公裏)——以至於“超過了我們圖像的空間覆蓋範圍，”研究人員在研究中指出。
他們在10月2日和10月5日之間觀察到了第二個尾巴形式，散射塵埃的增加降低了Didymos係統的整體亮度。研究小組追蹤這條尾巴，直到兩周半後它消失。雖然天文學家知道一些有雙尾的小行星，但他們沒想到雙生子會炫耀它們。
“當我第一次看到這些圖像時，”亞利桑那州圖森市行星科學研究所的天文學家、該研究的第一作者李建陽在一封電子郵件中告訴Space.com，“我覺得我的眼睛在欺騙我，或者圖像可能有一些問題。”
雖然研究人員還不知道雙尾是如何形成的，但李說，這可以解釋為一些被炸開的岩石再次撞擊雙尾或雙尾，或者更大的岩石碰撞，然後分裂成小塊。
李說，直徑幾厘米的較小噴射粒子可能會在Didymos-Dimorphos係統中懸浮幾個月，而較大的粒子可能會存在更長時間，隻要它們不撞擊Didymos或Dimorphos，或者離它們太近。

從哈勃太空望遠鏡的圖像中可以看到從Didymos-Dimorphos小行星係統噴射出的兩條塵埃尾巴，記錄了美國宇航局2022年9月26日雙小行星重定向測試(DART)影響的揮之不去的後果。(Image credit: NASA, ESA, STScI, Jian-Yang Li (PSI); Image Processing: Joseph DePasquale)
公民天文學家捕捉到DART墜毀的關鍵時刻
雖然這項任務是少數幾個依靠地麵觀測成功的任務之一，但在DART墜毀時，地球上很少有地方能看到Didymos係統。
因此，盡管這項任務很重要，“天文學家不能隻是動用他們最好的望遠鏡(比如夏威夷的凱克望遠鏡)來觀察它，因為他們沒有在正確的時間出現在正確的地點，”加利福尼亞州山景城SETI(搜尋外星智慧生物)研究所的天文學家阿裏爾·格雷科夫斯基在一封電子郵件中告訴Space.com。
天文學家還擔心雙態星雲移動得太快，哈勃甚至強大的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡都無法捕捉到好的圖像。幸運的是，兩台望遠鏡同步工作，記錄了寶貴的數據。但是他們的觀測被延遲了至少15分鍾，因此沒有包括撞擊時的圖像。
因此，印度洋留尼旺島和肯尼亞內羅畢的市民天文學家使用Unistellar eVscope，這是在DART墜毀期間觀察Didymos係統的最小望遠鏡之一。根據得到的數據，研究小組估計塵埃雲的質量是雙耳蝠的0.3%到0.5%。
“這個望遠鏡網絡是最好的工具，甚至可能是實現這一目標的必要工具，”Graykowski說，他是一項研究(在新選項卡中打開)的主要作者，該研究報告了使用公民科學望遠鏡對DART撞擊的觀察(在新選項卡中打開)。
Graykowski說，她的團隊還發現，這次撞擊使係統的亮度增加了2.29倍，或近10倍，以至於有人猜測Dimorphos分裂了。兩周多一點後，小行星恢複了原來的亮度，研究結果證實了Dimorphos是安全和健康的，盡管質量較小。
"這很好，因為目標是偏轉小行星，而不是摧毀它！"格雷科夫斯基說。
除了係統亮度增加之外，她的團隊還注意到，在達特跳入水中後不久，迪蒂莫斯稍微有點發紅。Graykowski說，這種顏色的變化可能是因為我們對厚塵埃雲的視角或者它的輻射物質。研究人員在美國宇航局的深度撞擊飛船撞上坦普爾1號彗星時，在厚厚的塵埃雲中看到了類似的變紅效應，一旦塵埃雲消退，彗星的顏色就會恢複正常。
Graykowski說，這項新的研究是SETI研究所的八名天文學家和許多公民科學家之間的合作，從業餘愛好者到物理學和天文學教授，他們自願分享他們對DART影響的觀察。
“宇宙公民天文學家絕對是這項工作背後的驅動力，”Graykowski說。“在接受(論文)後，我們都同意在我們各自的世界裏用一塊奶酪蛋糕來慶祝！”