恐龙灭绝的原因是......它们没有航天局|地球|太空|小行星|恐龙|火星|耀斑为太阳|航天局|陨石坑

2024年10月8日，太空日报第92期

2022 年 9 月 26 日的1100 万公里外发生的一次碰瓷事件，一大二小犯罪现场调查员今日出发。

如果一颗即将接近的小行星威胁到地球，人类能做些什么呢？

这不是偶然的事件，地球上直径大于1公里的撞击坑大大小小有300万个。科学界普遍认为，在大约6500万年前，一颗直径约为10公里的小行星撞击了地球，随后导致了恐龙的灭绝，而直径达180公里的“希克苏鲁伯”陨石坑正是这颗小行星在地球上留下的痕迹。50000年前小行星撞击所造成的巴林杰陨石坑，直径在1.2公里。1908年的通古斯大爆炸由30-40米的地外天体触发。2013年车里雅宾斯克小行星撞击事件中的陨石进入大气层时直径约15米。

通过加强对小行星偏转“动能撞击”技术的科学理解，HERA任务旨在让地球更加安全。该任务是将地球小行星撞击变成完全可以避免的自然灾害这一宏大目标的重要一步。

行星防御任务的基本思想可以追溯到二十年前，任务构思为由一艘航天器撞击一颗小行星，另一艘航天器负责收集数据，已故的安德里亚·米拉尼教授做出了重大贡献，他是小行星风险监测领域的先驱。

位于火星轨道外侧的小行星 Didymos 和它的小卫星 Dimorphos 构成了所谓的双小行星系统——这意味着小卫星（Dimorphos）绕较大的天体（Didymos，在希腊语中意为“双胞胎”）运行，轨道周期大约是11小时55分钟。小行星Didymos直径约780米。围绕其旋转的小卫星 Dimorphos直径约151米，大小相当于一个古罗马斗兽场。

这两颗小行星从地球附近经过，而且经过计算撞击前后对地球并不会构成威胁，因此被选为小行星撞击和偏转评估( AIDA )任务的目标。

2022 年 9 月 26 日，美国NASA的双小行星重定向测试 (DART，英文中意为“飞镖”) 任务中，半吨重的DART以每秒 6.1 公里的速度撞击Dimorphos 小卫星，进行了人类首次小行星偏转测试。基于地球上的观测，DART成功将双子座Dimorphos环绕Didymos的轨道周期缩短了33分钟，接近其初始值的5%，同时还在太空中投射出数千公里的碎片羽流。DART 撞击 Dimorphos 时测得的动量增强因子为 3.6，这意味着此次撞击传递的动量大约是航天器损失动量的 3.6 倍 - 表明喷射物对小卫星移动的贡献大于航天器。撞击激活了小卫星。撞击喷出的反冲动量的贡献产生了超乎预测的“动量增强”效应。半吨重的DART撞击导致了小卫星损失了至少1000 吨的质量。

Credit：ESA

这次事件有着许多未知之谜，科学家需要解决这些问题，以便将这种“动能撞击”小行星偏转方法转变为一种易于理解且可靠可重复的行星防御技术。这些问题需要得到答案：DART 撞击留下的陨石坑有多大，整个小卫星经历了怎么样的重塑？Dimorphos 的矿物学、结构和精确质量是什么？对 Dimorphos 改变轨道的测量也还存有 10% 的不确定性中，亟需消除。

现在来看看欧空局ESA对这次国际合作的贡献：HERA任务将访问撞击后的双小行星系统，进行详细勘测以收集有关这颗偏转天体的重要技术数据。

HERA 航天器主体呈立方体，直径约为 1.6 米，两侧是两个 5 米长的太阳翼。两年后，一旦它到达 Didymos 双小行星，该任务将进行近距离“坠机现场调查”，以收集所有缺失的必要信息。

约有 100 家来自 18 个 ESA 成员国的欧洲公司和机构参与了 HERA 任务的开发。OHB System AG 领导了该工业联盟，并负责整个航天器的设计、开发、组装和测试。

HERA总共携带 12 台仪器（包括两颗微型立方星上的仪器）。这些包括：

A. 小行星取景相机—AFC，是此次任务的“眼睛”，可用于导航和科学数据收集。B. 热红外成像仪—在中红外光谱区域成像，绘制双星表面的温度图。通过绘制表面区域的“热惯性”图（即温度变化的速度），可以确定颗粒大小分布和孔隙率等物理特性。它还可用于双星夜间的导航。C. 星敏导航D. HyperScout H —可观测超出人眼极限的一系列颜色，相当于 25 个可见光和近红外光谱带，有助于勘探小行星的矿物组成。。E1, E2. 微型立方星（Juventas和Milani）F. 激光测距仪—通过确定波长约为 1550 纳米的激光束脉冲反射回接收望远镜的飞行时间来确定到小行星表面的距离，精度优于 1 米。G. 航天器监控相机—这款紧凑、低功耗、高可靠性的相机可以查看 Hera 的整个“小行星甲板”，将特别用于观察 Hera 的两个微型立方星的部署情况并在分离前对其进行检查。I. X 波段高增益天线H. 星间链路, 将 Hera 与其两颗微型立方星连接起来。Juventas 和 Milani 微型立方星将使用基于无线电的卫星间链路与 Hera 进行通信，后者将把数据发送回地球。

主天线也将发挥其自身的科学作用。其信号中的多普勒频移—以及星间链路将用于测量 Didymos 和 Dimorphos 的重力场。

HERA 将与Dimorphos保持安全距离，因为仍有撞击碎屑存在。作为母星，HERA将释放两颗鞋盒大小的微型立方星（Juventas和Milani）抵近Dimorphos观察，从事高风险任务。

Juventas 微型立方星将首次对小行星进行地下雷达探测，搭载有：

Juventas 雷达——有史以来在太空中飞行的最小雷达仪器，它将首次对小行星内部进行雷达探测。

用于研究太阳系小天体的重力仪——这是第一台直接测量小行星表面重力的仪器，一旦 Juventas 着陆在 Dimorphos 表面，就会开始发挥作用，这将是微型立方星首次着陆在如此小的天体上。它应该能显示出 Dimorphos 的重力水平在其母小行星 Didymos 的影响下在其轨道运行过程中如何变化。

Juventas窄角相机—用于微型立方星的导航以及科学研究。

Milani微型立方星将勘测 Dimorphos 的矿物构成及其周围的尘埃，搭载有：

小行星光谱成像仪—它将在可见光、近波和短波红外波段对 Dimorphos 进行成像，以对小行星表面和单个巨石的矿物学进行近距离勘探。

挥发性原位热重分析仪——基于压电石英的微量天平，5 立方厘米大小的 VISTA 可检测小于 5-10 微米的灰尘颗粒及其成分中的水等挥发性物质。

Milani窄角相机——用于微型立方星的导航以及科学研究。

Credit：ESA

在为期六个月的小行星勘测的后期，HERA 还将测试一种实验性的自动驾驶模式，该模式将使其能够根据对表面特征的监测自主地绕小行星航行。

HERA 将对双小行星系统进行迄今为止最详细的探索。尽管双星系统占所有已知小行星的 15%，但从未对它们进行过详细调查。此外，Dimorphos 小行星是迄今为止太空任务访问过的最小天体，而 Didymos 的旋转速度就其大小而言很快，接近其尺寸下结构稳定性的极限。

“HERA能够密切研究其小行星目标，这正是行星防御作战所需要的，”欧空局行星防御办公室主任理查德·莫伊斯尔解释道。“你可以想象这样一种场景，侦察任务被迅速派出，以评估是否需要采取任何后续偏转行动。我们应该很快用我们的拉姆西斯号航天器再次练习这一点，这是一项计划中的行星防御任务，将在 2029 年阿波菲斯小行星（2036年撞击地球的几率45000分之1）接近地球时与其会合。”

欧空局 HERA 任务科学家 Michael Kueppers 评论道：“在 HERA 任务结束时，Didymos 双小行星应该会成为历史上研究最深入的小行星，有助于保护地球免受即将到来的流氓小行星的威胁。”

今天的发射使HERA离开地球，开始为期两年的巡航阶段。下个月的预定轨道修正之后，HERA将于 2025 年 3 月飞越火星，借助火星的重力加速，HERA将对火卫二进行勘测，开始部署用于科学用途的仪器。