剛剛,人類完成有史以來第一個行星防禦任務!《獨行月球》要成真

愛範兒 於 27/09/2022 發表 收藏文章
北京時間 7:14 左右,人類主動用飛行器撞擊了行星。
當年刺秦王的荊軻要是知道以後還會有飛行器主動撞上行星,一定也會和孤注一擲的飛行器頗有共鳴。同樣預見到了自己的有來無回,同樣執行的是自殺任務,同樣相信自己的任務是有價值的。

不同的是,荊軻刺秦是自己的選擇,DART 計劃在太空發動的主動攻擊則是人類的初步試驗。為了防止像《獨行月球》一樣將有行星撞地球場景出現時人類束手無策,最聰明的大腦們決定先測試一下「地球保衞」預案。

懷着這樣的心情,NASA 做出了一個小飛行器,目送着它撞行星,大喊一聲:「進擊吧!DART!」

今天,地球飛行器撞向行星

1996 年 4 月 11 日,太空中的行星 Didymos 被亞利桑那州的一位太空觀察研究員捕捉到了。在它附近還有一顆衞星 Dimorphos,因為衞星圍繞着大的行星轉動,因此這顆行星被最初的研究員命名為 Didymos,這在希臘語中的含義是「雙胞胎」。

2022 年 9 月 26 日,這顆被人類發現了 26 年的行星慘遭「碰瓷」。人類通過多年的路徑監測和詳細的 DART 計劃,終於在北京時間 9 月 26 日撞上了它。

▲ NASA 官網展示的 Didymos

如果科幻電影看多了,那你可能會對撞擊的場景很失望。它不像投入上億預算製造的特效電影,沒有那麼多爆炸場景,甚至很可能像是「以卵擊石」。

因為行星很大,飛行器很小。

▲ 撞擊預測動圖

被撞的 Didymos(實際撞擊的 Dimorphos 直徑約為 163 米)被標記為對人類具有潛在威脅的近地行星。但近也是相對而言,到了 2123 年的 11 月,Didymos 將距離地球最近,這時還和我們離了有 590 萬公里。
被地球派去太空「碰碰星」的飛行器是一個由傳感器、天線、離子推進器和兩個 8.5 米長的太陽能電池陣列組成的立方體形探測器。對於人類來説它很大、很重,550kg 幾個人都抬不動。但對於行星而言,它小得可憐。

▲ 就是它,去撞行星了

二者相差如此大,不勢均力敵的情況很難有衝擊力十足的大場面。

但大家要的從來不是直播效果,而是看到底有沒有用。為此,地球上所有的望遠鏡都會盯着 Dimorphos,看看它被堅硬的探測器撞擊之後會發生什麼。

同時還有專門的攝影師一同記錄這場「盛大落幕」,微型立方衞星 LICIACube 在撞擊前就會和偵測器拉開距離,以便拍攝撞擊的全過程。

▲LICIACube 已經處於最佳觀測機位

而偵測器本身搭載的 DRACO 也會實時記錄撞擊場景,給你全程直播。大部分時間它傳回的都是黑色畫面,但當它衝向 Dimorphos 時,第一視角的刺激感也是無與倫比的。

▲ 最後的直播鏡頭一點點傳回撞擊地畫面

當然,DRACO 工作到了最後一分鐘。只是撞擊發生後會發生什麼,依舊得由 LICIACube 來記錄,偵測器的歷史任務已經完成了。


Dimorphos 的一小坑,比月盾計劃靠譜

除了得把撞擊的最後畫面記錄下來,偵測器甚至得自己找路。

畢竟遠在太空,要撞上的時候由地球發指令已經來不及了。所以在撞向 Dimorphos 的最後路程裏,偵測器是在自己用智能導航系統完成一切。

▲ 預計撞擊前 30 分鐘、10 分鐘、3 分鐘直播截圖

44 個人的團隊會提前在控制室完成遙測工作,但從要撞上行星 4 小時開始,偵測器就開始了自動駕駛。

直到撞擊前一小時,偵測器就能在太空「看到」它需要撞擊的目標,一點點修正線路朝他衝去。

▲ 執行任務的偵測器

而在偵測器以 21140 公里/小時的時速撞上 Dimorphos 時,那顆行星距人類還有約 1100 萬公里——一個對地球生物基本沒有威脅的距離。

沒有勁爆的爆炸場景,更多還是對探測器撞擊能在多大程度上偏移行星的路徑和方向的觀察。


據研究人員估計,這次撞擊只能改變 Didymos 的一點點速度,讓它完成公轉的時間改變幾分鐘。幾分鐘的時間雖然不多,但對於太空中進行的地球保衞戰中至關重要,這就可以讓未來可能撞上來的行星繞過地球。

當然,要達到這種結果,可能還需要更多次的實驗數據支撐才行。

NASA 的行星防禦官 Lindley Johnson 表示:「DART 正在演示動能撞擊技術,這種技術可以改變小行星在太空中的速度,從而改變其軌道。」


洗衣機大小的偵測器撞向行星也不會對行星造成太大的影響,最多在表面砸出一個小坑。作為類比,這就像是高爾夫球車撞上了運動場,高爾夫球撞上了金字塔。能不能徹底撞毀行星不是最重要的,重要的是改變路徑。

對比前段時間中國上映的電影《獨行月球》,人類現實中的第一次地球防禦測試用了不同方法。


《獨行月球》裏的月盾計劃就很商業大片,炸是主旋律。通過重型核彈摧毀小行星,再由月球來給地球當護盾。簡單粗暴的同時,成功保衞地球的可能性也更低了一些。

中國科學院國家空間科學中心研究員李明濤就從更科學的角度分析了月盾計劃的瑕疵:「靠月球擋碎片,必然擋一漏萬。」所以電影中男主人公的犧牲或許不是戲劇效果,而是計劃的必然,選擇了月盾計劃必然會有「小碎片」遺漏,而小碎片的殺傷力總是超乎想象。

▲ 月盾計劃的後遺症導致了男主必須要犧牲

只要一個直徑超過 10 千米的行星撞擊地球,其後果就是人類無法想象的。

要想在太空中保護人類,DART 所代表的動能撞擊就是最成功的技術手段了。

▲ 這次撞擊的 Dimorphos 甚至直徑只有 163 米,就算真的撞擊了地球,殺傷力有限

行星防禦工具箱還有什麼?我們真的能用到嗎?

用個小偵測器去撞行星,完全屬於人類的未雨綢繆行為,而且是提前了至少一個世紀的未雨綢繆。

有恐龍滅絕的先例在前,全世界的航天局一直盯着太空,定位那些可能對人類文明可能構成威脅的小行星的存在。但這麼多年監測下來,只有少部分的太空岩石具有威脅性,人類直到下個世紀都沒什麼需要擔心的。

但人不是恐龍,他們總是要提前做準備,哪怕這個準備以世紀為單位。


所有人做這些防禦測試的工作都相信,只要你等待的時間夠久,總會有一顆行星撞向地球的。所以當行星撞擊不是一個迫在眉睫的問題時,適合提早找到一種低成本的解決方案,即便你很大程度上是在為後來人做準備。

但一切也不只是為了保護地球,在人們對太空認知不完全的時候,行星撞擊的測試是非常可貴的實驗數據,也能幫我們更好地瞭解太空。

例如 2023 年的 OSIRIS-REx 就會帶回 Bennu 行星的一部分,這是美國第一個帶回行星樣本的航天器。它所帶回的小行星碎片可以幫助科學家瞭解太陽系早期是怎樣的,行星又是怎樣形成的,它也是未來行星開採的重要嘗試。

▲ OSIRIS-REx 試圖帶回研究材料

更重要的是它對地球防禦計劃也很有幫助,Bennu 行星的一部分有助於研究亞科夫斯基效應——當小行星吸收陽光和釋放熱量時對小行星產生的微小的推動力。即便這種推力很小,但只要你更好的瞭解掌握它,未來你也可以利用這些效應「推動」行星。

DART 是第一個地球主動撞擊行星的飛行器,但不會是最後一個。2024 年歐洲空間局就會發射一個飛行器,該飛行器預計將於 2027 年抵達 Didymos。這是為了完成「撞擊事故報告」,親至現場調查 DART 撞擊影響,確認 DART 撞擊所形成的隕石坑特徵。

▲ 歐洲空間局的 Hera 主要觀察前一次撞擊的結果

中國也打算去撞一撞。國家航天局副局長吳豔華在接受央視專訪時就曾表示,我國正在着手組建近地小行星防禦系統,或許會在 2025 年或 2026 年進行一次小行星撞擊防禦試驗。

在科學家為行星撞擊的防禦工具箱裏,也不僅有動能撞擊。《獨行月球》裏的核爆也是備選方案之一,引力拖車、激光燒蝕、質量驅動、離子束偏移都是科學家為「即將」的危機準備的解決方案。


對比太空中巨大的行星和無垠的空間,地球發射的飛行器撞擊影響甚小,想用小小的飛行器改變行星的軌跡如同蚍蜉撼樹。但憑藉着精確的計算和提前幾個世紀的嘗試,地球上的居民不會像當年的恐龍一樣手足無措。

探測器撞擊行星,科學與歲月結盟,人類不再束手無策。

這不是宇宙的浪漫,但卻是人類的智慧。


資料來源:愛範兒(ifanr)

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