马里兰大学主导的一项研究揭示了美国宇航局（NASA）的DART任务后小行星动力学的新细节，该任务于2022年故意与小行星卫星双态星相撞。这次撞击显著改变了双态星的轨迹和形状，导致了意外的引力行为。这些发现挑战了以前关于小行星演化的假设，并可能影响未来的行星防御战略和空间任务，因为研究人员继续评估该系统的稳定性和进一步探索的潜力。
根据一项新的研究，当美国国家航空航天局（NASA）的双小行星重定向测试（DART）航天器于2022年与一颗名为“双态”的小行星卫星相撞时，这颗卫星发生了显著变形——形成了一个巨大的陨石坑，并使其形状发生了如此大的变化，以至于卫星脱离了其原有的演化轨迹。研究人员认为，“双态”在试图与其名为“狄俄尼索斯”的母小行星重新达到引力平衡的过程中，可能会开始“翻滚”混乱。
来自DART与Dimorphos碰撞的见解
马里兰大学天文学教授兼DART调查工作组组长德里克·理查森说：“在大多数情况下，我们最初关于DART将如何改变双小行星系统迪莫弗斯及其卫星在太空中移动方式的撞击前预测是正确的。但也有一些意外的发现，有助于我们更好地了解小行星和其他小天体是如何随着时间的推移而形成和演变的。”
由理查德森领导的研究团队于 2024 年 8 月 23 日在《行星科学杂志》上发表的论文详细描述了撞击后的重要观测结果，并阐述了其对未来小行星研究的可能影响。
小行星形状和动力学的意外变化
最大的惊喜之一是“双小行星重定向测试”的撞击如何改变了迪莫弗斯的形状。据理查森说，小行星的卫星最初是扁圆形的（像汉堡的形状），但在“双小行星重定向测试”航天器撞击它之后，它变得更长（像足球一样拉长）。
理查森解释说：“我们预计，撞击前，双小行星重定向测试中的小行星将呈长形，因为我们通常认为，像狄俄尼索斯这样的小行星的主要星体会逐渐积累从主体上脱落的物质。它自然会倾向于形成一个长条形的星体，其长轴总是指向主体。”“但这一结果却与这一观点相矛盾，表明此处有更复杂的东西在起作用。此外，撞击引起的双小行星重定向测试形状变化，可能改变了它与狄俄尼索斯的相互作用方式。”
理查森指出，虽然 DART 只是击中了月球，但月球和主体通过引力相互连接。飞船撞击时散落的碎片也在月球与其小行星之间的失衡中起到了作用，缩短了 Dimorphos 围绕 Didymos 的轨道。有趣的是，Didymos 的形状保持不变——这一发现表明，即使在失去质量以创造其月球之后，较大的小行星的体积也足够坚固和坚硬，可以保持其形状。
对未来太空任务的启示
据理查森介绍，双小行星重定向测试（DART）任务对未来的探测工作具有重要意义，包括欧洲航天局计划于2024年10月对双小行星系统进行的后续任务。
“最初，双小行星系统中较小的那颗小行星（Dimorphos）可能处于非常松弛的状态，其一面始终朝向主体小行星（Didymos），就像地球的月球总是有一面朝向我们的星球一样，”理查森解释说。“现在，它被打乱了方向，这意味着它可能会在其方向上前后摇晃。Dimorphos 也可能处于‘翻滚’状态，这意味着我们可能已导致其进行混乱且不可预测地旋转。”
稳定性和未来的研究机会
该团队现在正等待确定被抛出的碎片何时会清除出系统，双小行星重定向测试（DART）是否仍在太空中翻滚，以及它何时会最终恢复之前的稳定性。
“我们现在面临的最大问题之一是，双小行星系统是否足够稳定，能让航天器着陆并安装更多研究设备，”他说。“可能需要一百年才能看到该系统发生显著变化，但撞击才过去几年。了解双小行星系统恢复稳定所需的时间可以让我们了解其内部结构的重要信息，进而为未来偏转危险小行星的尝试提供信息。”
DART在行星防御中的作用
理查森及其团队希望赫拉能提供更多关于DART撞击的信息。到2026年底，赫拉将抵达包含双小行星系统迪莫弗斯和狄俄尼索斯的区域，首次评估两颗小行星的内部特性，对DART任务及其对未来可能产生的影响进行更详细的分析。
“DART 让我们洞察了复杂的引力物理学，这是实验室里无法做到的，而所有这些研究都有助于我们校准我们的努力，以防御实际威胁地球的情况，”理查森说。“小行星或彗星接近并危及地球的可能性并非零。现在，我们有了对抗这些外部威胁的额外防线。”
参考文献：《DART撞击前后双小行星系统动力学状态》，德里克·C·理查森、哈里森·F·阿格鲁萨、布伦特·巴比、雷切尔·H·库埃瓦、法比奥·法拉利、赛斯·A·雅各布森、拉希尔·马卡迪亚、亚历克斯·J·迈耶、帕特里克·米歇尔、赖田良太、张云、保罗·阿贝尔、科尔比·C·梅里尔、阿德里亚诺·坎波·巴加蒂尼、奥利维尔·巴努安、南希·L·查博特、安德鲁·F·程、史蒂文·R·切斯利、R·泰里克·戴利、西格弗里德·埃格尔、卡罗琳·M·恩斯特、尤金·G·法恩斯托克、托尼·L·法恩哈姆、奥斯卡·富恩特斯-穆尼奥斯、爱德华多·格拉米尼亚、道格拉斯·P·汉密尔顿、正林正弘、马丁·尤茨基、乔希·利兹霍夫特、里卡多·拉萨尼·曼吉、杰伊·麦克马洪、费尔南多·莫雷诺、娜奥米·默多克、尚塔努·P·奈杜、埃里克·E·帕尔默、保罗·帕尼库奇、洛朗·普、佩特·普拉韦茨、萨比娜·D·拉杜坎、安德鲁·S·里夫金、亚历山德罗·罗西、保罗·桑切斯、丹尼尔·J·谢里斯、彼得·谢里奇、斯蒂芬·R·施瓦茨、达米亚·苏阿米、贡萨洛·坦克雷迪、保罗·坦加、保罗·托尔托拉、何塞普·M·特里戈-罗德里格斯、克莱奥梅尼斯·齐加尼斯、约翰·维马森和马尔科·赞诺尼，2024年8月23日，《行星科学杂志》。DOI：10.3847/PSJ/ad62f5
本研究得到了美国国家航空航天局（合同编号：80MSFC20D0004、80NSSC22K1173、HST-GO-17292 和 NAS 5-26555）、美国国家科学基金会（拨款编号：DGE 2040434）、法国国家空间研究中心（CNES）、欧洲航天局（ESA）、欧洲研究理事会、意大利航天局、瑞士国家科学基金会和捷克共和国拨款机构的支持。本文的观点不一定代表这些机构的立场。
其他参与DART研究的UMD研究人员和合著者包括天文学首席研究科学家托尼·法纳姆（Tony Farnham）、天文学教授道格拉斯·汉密尔顿（Douglas Hamilton）、前航空航天工程博士后研究员张云（Yun Zhang）以及校友哈里森·阿格鲁萨（Harrison Agrusa，MS '19，PhD '22，天文学）和斯蒂芬·施瓦茨（Stephen Schwartz，MS '07，PhD '13，天文学）。
