NASA证实DART任务改变了小行星绕日轨道

美国航天局（NASA）最新研究显示，2022年9月执行的“双小行星改道测试”（DART）任务，不仅改变了小行星卫星迪莫佛斯（Dimorphos）绕主小行星迪迪莫斯（Didymos）的运行轨道，还首次在人类历史上实测到，航天器撞击使整颗小行星系统绕太阳的轨道发生了可观测的改变。

研究结果发表在3月6日的《科学进展》（Science Advances）期刊上，标志着人类首次通过“动能撞击”方式，实测改写天体绕日运行路径，为未来行星防御提供了关键验证。

迪迪莫斯与迪莫佛斯构成一个由引力绑定的双小行星系统，两者围绕共同质心运行，因此对其中一颗天体施加改变量，必然会反映到整个系统的动力学行为上。 研究团队的观测显示，这一双小行星系统原本约为770天的绕日公转周期，在DART探测器撞击之后缩短了约0.15秒，尽管变化极其微小，却已超出观测与误差分析所需的精度门槛。 这意味着，人类发射的航天器第一次被确认在可测量的尺度上，改变了一对小行星绕太阳运行的轨迹。

先前的分析已经证实，DART撞击使迪莫佛斯绕迪迪莫斯的轨道周期从约11小时55分缩短了33分钟，显示出强烈的动能改道效应。 新研究进一步指出，撞击时喷射出的巨量岩石碎屑不仅重塑了这颗直径约170米的小行星形状，还携带了可观的动量“反冲”，形成所谓“动量增益因子”。 研究估算，该动量增益因子约为2，这意味着碎屑喷射带来的“推力”，让撞击整体效应接近DART探测器自身动量的两倍。

根据测算，这次撞击令双小行星系统的绕日轨道速度发生了约每秒11.7微米的变化，换算为每小时约1.7英寸。 研究负责人之一、伊利诺伊大学厄本那－香槟分校的拉希尔·马卡迪亚（Rahil Makadia）指出，这样的速度改变量虽微乎其微，但在多年甚至数十年的时间尺度上累积，足以决定一颗潜在危险小行星最终是与地球擦肩而过，还是正面相撞。 NASA行星小天体项目首席科学家托马斯·斯塔特勒（Thomas Statler）表示，这一极为精确的测量再次验证了“动能撞击”方案在行星防御中的可行性，并展示了通过撞击双小行星系统中一颗成员，即可对整个系统轨道产生可测影响。

尽管迪迪莫斯－迪莫佛斯系统从未对地球构成撞击威胁，DART任务的设计也不可能将其推向与地球相撞的轨道，但本次结果清楚表明，如果未来发现真正具有撞击风险的小行星，只要及早预警，发射携带足够动能的“撞击器”航天器，便有机会用极小的轨道修正，换取未来大尺度上的避险空间。 为提高早期探测能力，NASA目前正由喷气推进实验室负责研制“近地天体巡天者”（NEO Surveyor）空间望远镜，这是首个专门为行星防御而建造的空间巡天平台，将重点搜寻那些表面暗、反射可见光较弱、且更难被传统光学望远镜发现的近地小行星和彗星。

为了证明DART不仅改变了迪莫佛斯本身的运动，还对主星迪迪莫斯绕日轨道产生了可测影响，研究团队必须以前所未有的精度测定迪迪莫斯的轨道参数。 除了利用雷达与多种地基观测手段外，科学家大量依赖“掩星”观测——即跟踪小行星从某颗恒星前方掠过，导致恒星亮度在极短时间内消失的现象。 通过对恒星“闪烁”时刻的精确记录，研究人员得以反推小行星在掩星瞬间的速度、位置以及形状参数，从而大幅缩小轨道解的不确定性。

掩星观测对时机和位置要求极为苛刻，观测小组往往需要携带设备前往可能相距数英里的多个观测站点，而且成功与否还高度依赖当地天气状况。 为获得足够的数据，本次研究依托全球志愿天文学家网络，在2022年10月至2025年3月期间共记录了22次掩星事件，为轨道改变量的反演提供了至关重要的约束。 参与研究的喷气推进实验室高级研究科学家史蒂夫·切斯利（Steve Chesley）表示，若没有数十位志愿观测者在世界各地付出大量时间与精力，本次精度足以检出DART效应的轨道解几乎不可能实现。

对迪迪莫斯运动变化的深入分析还让研究团队得以重新估算双小行星成员本身的密度。 结果显示，迪莫佛斯的平均密度略低于此前推算，这支持一种主流形成模型：它并不是一块整体坚固的岩石，而是由迪迪莫斯在高速自转过程中抛洒出的碎屑重新聚集而成的“瓦砾堆”小行星。 这种由松散物质堆积而成的结构，意味着其在受撞击或受潮汐力作用时的响应机制将更为复杂，也为未来模拟不同小行星内部结构下的改道效果提供了重要参照。

DART探测器由美国约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室负责设计、建造和运行，项目隶属于NASA行星防御协调办公室，人类首次主动尝试通过航天器动能撞击来改变天体运行轨迹。 与DART同行的意大利航天局立方星LICIACube则在撞击后近距离拍摄到迪莫佛斯表面大量物质被抛射至太空的画面，为理解撞击过程中的动量传递和碎屑演化提供了关键影像资料。 后续，NASA与国际合作伙伴还将通过更多地基和空间观测，持续追踪这对双小行星系统的长期演化，以评估一次撞击事件在更长时间尺度上的累积轨道效应。

NASA表示，随着近地天体巡天能力的提升与动能撞击技术的不断完善，人类在面对潜在小行星撞击威胁时的主动防御选项将更为丰富。 DART任务的成果也将为未来可能实施的“实战级”行星防御任务提供物理参数、技术路径和国际协作模式等多方面的关键参考。 有关DART任务的更多技术细节与最新研究进展，NASA已在其科学探索网站上持续公开发布供全球科研界与公众查阅。