美国国家航空航天局研究：DART撞击后小行星轨道和形状发生变化

在冰雪中的玫瑰

小行星Dimorphos在2022年9月26日宇宙飞船撞击表面前两秒被美国国家航空航天局的DART任务捕获。对小行星撞击前后的观测表明，它是一个松散堆积的“瓦砾堆”物体。美国国家航空航天局/约翰霍普金斯大学APL

（）据美国宇航局（喷气推进实验室）：在美国国家航空航天局历史性的双小行星重定向测试之后，喷气推进实验室领导的一项研究表明，小行星Dimorphos的形状发生了变化，轨道缩小。

2022年9月26日，当美国国家航空航天局的DART（双小行星重定向测试）故意撞击一颗560英尺宽（170米宽）的小行星时，它以多种方式留下了印记。演示表明，如果一颗危险的小行星与地球发生碰撞，动能撞击器可以使其偏转。现在，发表在《行星科学杂志》上的一项新研究表明，撞击不仅改变了小行星的运动，还改变了它的形状。

DART的目标小行星Dimorphos围绕一颗更大的近地小行星Didymos运行。在撞击之前，Dimorphos有一个大致对称的“扁球体”形状——就像一个被压扁的球，宽于高。Dimorphos在距离Didymos约3900英尺（1189米）的地方有一个定义明确的圆形轨道，它花了11小时55分钟绕Didymos完成了一圈。

“当DART产生影响时，事情变得非常有趣，”领导这项研究的美国宇航局南加州喷气推进实验室的导航工程师Shantanu Naidu说。“Dimorphos的轨道不再是圆形的：它的轨道周期”——完成一次轨道所需的时间——“现在缩短了33分15秒。小行星的整个形状也发生了变化，从相对对称的物体变成了‘三轴椭球’——更像长方形的西瓜。”



这张图显示了小行星Dimorphos在DART撞击后经历的大致形状变化。在撞击前，左，小行星的形状像一个压扁的球；撞击后，它变成了更细长的形状，就像西瓜一样。美国航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院

Dimorphos损坏报告

奈杜的团队在他们的计算机模型中使用了三个数据源来推断小行星撞击后发生了什么。第一个来源是DART：航天器在接近小行星时捕捉到图像，并通过美国国家航空航天局的深空网络（DSN）将其送回地球。这些图像提供了Didymos和Dimorphos之间间隙的特写测量，同时也测量了撞击前两颗小行星的尺寸。

第二个数据来源是位于加利福尼亚州巴斯托附近的DSN的戈德斯通太阳系雷达，该雷达从两颗小行星上反射无线电波，以精确测量撞击后Dimorphos相对于Didymos的位置和速度。雷达观测很快帮助美国国家航空航天局得出结论，DART对小行星的影响大大超出了最低预期。

第三个也是最重要的数据来源：世界各地的地面望远镜测量了这两颗小行星的“光曲线”，即从小行星表面反射的阳光如何随时间变化。通过比较撞击前后的光线曲线，研究人员可以了解DART是如何改变Dimorphos的运动的。

当迪莫索斯绕轨道运行时，它会周期性地从迪莫索斯的前面经过，然后在迪莫索斯后面经过。在这些所谓的“相互事件”中，一颗小行星可以给另一颗小行星投下阴影，或者挡住我们从地球上看到的东西。无论哪种情况，望远镜都会记录到暂时的变暗——光线曲线的下降。

用美国国家航空航天局的眼睛观察DART对太阳系的影响

喷气推进实验室的高级研究科学家、研究合著者Steve Chesley说：“我们利用这一系列精确的光曲线下降的时间来推断轨道的形状，因为我们的模型非常敏感，我们也可以计算出小行星的形状。”。研究小组发现Dimorphos的轨道现在有点细长，或者说是偏心。“在撞击之前，”Chesley继续说道，“事件发生的时间是有规律的，显示出圆形轨道。撞击之后，时间差异非常小，显示出一些东西歪斜了。我们从未想过会得到这样的准确性。”

Naidu说，这些模型非常精确，甚至可以显示Dimorphos在绕Didymos运行时来回摆动。

轨道演化

该团队的模型还计算了Dimorphos的轨道周期是如何演变的。撞击后，DART立即缩短了两颗小行星之间的平均距离，将Dimorphos的轨道周期缩短了32分42秒，至11小时22分37秒。

在接下来的几周里，小行星的轨道周期继续缩短，因为Dimorphos在太空中损失了更多的岩石物质，最终以每轨道11小时22分3秒的速度沉降，比撞击前减少了33分15秒。Naidu说，这个计算精确到1.5秒内。Dimorphos现在与Didymos的平均轨道距离约为3780英尺（1152米），比撞击前近约120英尺（37米）。

华盛顿NASA总部太阳系小天体首席科学家Tom Statler说：“这项研究的结果与正在发表的其他研究结果一致。”。“看到不同的小组分析数据并独立得出相同的结论是一个坚实的科学结果的标志。DART不仅向我们展示了小行星偏转技术的途径，还揭示了对小行星是什么及其行为的新的基本理解。”

这些结果和对撞击后留下的碎片的观察表明，Dimorphos是一个松散堆积的“瓦砾堆”物体，类似于小行星Bennu。欧空局（欧洲航天局）的赫拉任务计划于2024年10月发射，将前往这对小行星进行详细调查，并确认DART是如何重塑Dimorphos的。

关于使命

DART由位于马里兰州劳雷尔的约翰斯·霍普金斯应用物理实验室（APL）为美国国家航空航天局行星防御协调办公室设计、建造和运营，该办公室负责监督该机构在行星防御方面的持续努力。DART是人类第一次有意移动天体的任务。

JPL是加州理工学院位于加利福尼亚州帕萨迪纳的一个部门，在位于华盛顿的美国航空航天局总部的太空作战任务局内管理美国航空航天署太空通信和导航（SCaN）项目的DSN。