如果小行星即将撞击地球，人类能否用探测器撞击改变其轨道？

　　2021年11月24日，美国航空航天局（NASA）借助SpaceX的猎鹰9号火箭发射了一个特殊的太空飞船任务，任务名叫DoubleAsteroidRedirectionTest，简称DART，翻译过来就是双小行星重定向测试，NASA宣称这是人类第一颗以行星防御为目的发射的探测器。这项任务的目的，是进行一项撞击测试，简单来讲，就是探测器不远万里，飞到目标小行星附近，然后飞蛾扑火一般撞向这颗小行星，看看这颗小行星的原有轨道是否会发生偏移，过程略显悲壮。不得不说，NASA是真有钱，这一撞3。25亿美元可就没了，抛开费用不谈，行星防御是关乎地球上所有事生命安全的一个重大话题，这钱还真是有必要花的。
　　DART和其目标小天体，图片来源：NASA
　　DART的总重量大约600公斤，用于撞击的部分500公斤，自然不可能去撞谷神星这种大号的小行星，所以它的目标天体只能是质量比较小的天体，但又不能太小，因为撞击之后还需要后续的跟踪观测来看看到底给撞飞了没有，太小了的话定轨精度不够，所以最终NASA的科学家把目光瞄准了一颗差不多八百米大小的小行星（65803）Didymos。当然800米肯定是撞不动的，实际上撞击目标是这个800米小行星的卫星Dimophors，你没看错，小行星也跟地球一样，也可以拥有自己的卫星（当然有卫星的小行星数量少之又少）。通常这种带卫星的小行星我们称之为双小行星，这也是为什么开头说NASA这个任务叫双小行星重定向测试了。Dimorphos的大小只有大约170米，如果假设一个密度为3gcm3，那它的质量大约就是kg，此前有研究估算的质量为，质量大约是DART的1000万倍（算到这里，其实我对这一撞到底能不能行是持有怀疑态度的）。
　　SpaceX的猎鹰九号火箭和DART探测器
　　按照计划，DART撞击Dimophors时候的速度为6。6kms，并且造成一个非常微小的速度改变，这个改变的量级为0。4mms，但把时间拉长来看，会造成较大的偏移。这也是碰撞改变小行星轨道的一个基本原理，体积达到一百米的小行星，已经不是简简单单能撞碎的问题了，只有在提前好几年发现它，并且通过一定质量的撞击，造成轨道在几年时间里产生累积的偏移量，从一个原本能撞击地球的轨道偏离为不能撞击地球的轨道。
　　Didymos（右）和它的卫星Dimophors（左）的形状模型示意图，个头小的是DART的撞击目标
　　阿雷西博雷达望远镜中的Didymos和Dimophors
　　介绍一下轨道，主星Didymos的轨道近日点在1。013AU，远日点2。275AU，是典型的Apollo型近地小行星（关于什么是Apollo型近地小行星，可具体参考我之前写的关于近地小行星轨道分类的文章，里面有详细介绍），距离地球最近的交汇距离在15。7个地月距离，所以这颗小行星是不会撞击地球的，只作测试用。卫星Dimophors围绕Didymos转，距离大约1。1km，大约12个小时转一圈。有意思的是，DART任务在飞向Didymos的途中，不仅要探测Didymos，还要路过另外两颗小行星，包括2001CB21、3361Orpheus，并对它们进行飞越探测。下面这个动图展示了探测过程，绿色曲线代表了Didymos的轨道、黄色线为小行星3361Orpheus，蓝色线为地球轨道，紫色线为探测器DART的轨迹，最右边浅蓝色的那条是小行星2001CB21的轨道。可以看到DART首先和地球一起围绕太阳公转，随后与Didymos相遇。
　　由于DART的使命就一个，牺牲自己并且尝试把目标小行星的运动轨迹撞偏了，所以不同于之前所有的探测器，它基本上什么科学载荷都没带，除了一个探测器必备的太阳能电池板，也就剩下用于导航的仪器了。虽然没有丰富的科学载荷，但除了DART本身之外，它还携带了另一个次级小卫星，由意大利航空局研制，名字叫LICIACube，这颗小卫星的主要作用是和地球之间进行通讯，简单来说就是拍照传回地球，可以用于研究撞击后的尘埃以及碎石块、颗粒的运动状态。
　　DART的小伙伴LICIACube小卫星
　　DART任务还有一个后续任务，是欧空局（ESA）立项的Hera计划，该探测器2024年发射，2027年，也就是DART撞击Dimophors后的五年再次到达Dimophors和Didymos，目的是为了详细观测和评估撞击的效果，看它是否发生了足够的偏移。
　　最后我本想在这里分享一个NASA的关于DART任务整个过程的视频演示，里面展示了从SpaceX猎鹰九号火箭搭载DART升空、星箭分离、太阳能电池板展开、轨道运行、释放小卫星、实施撞击等整个任务过程。奈何总是提示错误，我就在我主页中发布了一个单独的视频，感兴趣的读者可以自行去观看。