NASA研究DART撞击后小行星轨道形状发生变化

在美国宇航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，小行星迪莫弗斯的形状发生了变化，轨道也缩小了。

2022年9月26日，当NASA的DART(双小行星重定向测试)故意撞击一颗560英尺宽(170米)的小行星时，它在多种方面留下了印记。演示表明，如果一颗危险的小行星与地球相撞，动能撞击器可以使一颗危险的小行星偏转。

现在，《行星科学杂志》上发表的一项新研究表明，撞击不仅改变了小行星的运动，还改变了它的形状。

DART的目标是小行星Dimorphos，它绕着一颗更大的近地小行星Didymos运行。在撞击之前，Dimorphos具有大致对称的“扁球体”形状，就像一个宽度大于高度的扁球。Dimorphos的圆形轨道距离Didymos约3,900英尺(1,189米)，边界清晰，花了11小时55分钟绕Didymos绕一圈。

“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ShantanuNaidu说。

“Dimorphos的轨道不再是圆形的：它的轨道周期”——完成一个轨道所需的时间——”现在缩短了33分15秒。而且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一个‘三轴椭球体’——更像是一个长方形的西瓜。”

Dimorphos损坏报告

奈杜的团队在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：该航天器在接近小行星时捕获图像，并通过NASA的深空网络(DSN)将其发送回地球。这些图像提供了Didymos和Dimorphos之间间隙的近距离测量，同时还测量了两颗小行星在撞击前的尺寸。

第二个数据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NASA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是世界各地的地面望远镜，它们测量了两颗小行星的“光曲线”，或者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变曲线，研究人员可以了解DART如何改变Dimorphos的运动。

当Dimorphos绕轨道运行时，它会周期性地经过Didymos的前面和后面。在这些所谓的“相互事件”中，一颗小行星可以在另一颗小行星上投下阴影，或者挡住我们在地球上的视线。无论哪种情况，望远镜都会记录到暂时的变暗(光变曲线的下降)。

高级研究科学家史蒂夫·切斯利(SteveChesley)表示：“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，而且由于我们的模型非常灵敏，我们还可以计算出小行星的形状。”喷气推进实验室(JPL)和研究合著者。研究小组发现迪莫佛斯的轨道现在稍微拉长或偏心。

“在撞击之前，”切斯利继续说道，“事件发生的时间是有规律的，显示出圆形轨道。撞击之后，有非常轻微的时间差异，表明有些东西是歪斜的。我们从来没有想到会得到这样的准确性。”

奈杜说，这些模型非常精确，甚至可以显示Dimorphos在围绕Didymos运行时来回晃动。

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，随着Dimorphos向太空流失更多的岩石物质，这颗小行星的轨道周期持续缩短，最终稳定在每个轨道11小时22分3秒，比撞击前减少了33分15秒。Naidu说，这种计算的精确度在1.5秒之内。Dimorphos现在与Didymos的平均轨道距离约为3,780英尺(1,152米)，比撞击前近约120英尺(37米)。

“这项研究的结果与正在发表的其他研究结果一致，”美国宇航局华盛顿总部太阳系小天体首席科学家汤姆·斯塔特勒说。“看到不同的小组分析数据并独立得出相同的结论是可靠科学成果的标志。DART不仅向我们展示了小行星偏转技术的途径;它还揭示了对小行星是什么以及如何产生的新的基本理解。他们表现得很好。”

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“碎石堆”物体，类似于小行星贝努(Bennu)。ESA(欧洲航天局)的Hera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如何重塑Dimorphos。

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