ESA將探測史上最小小行星:只有一個金字塔那么大

作為歐洲空間局 (ESA)的小行星防御任務(wù),“赫拉”(Hera)將創(chuàng)造一項新的太空紀錄。“赫拉”不僅將是第一個探索雙小行星 (binary asteroid)系統(tǒng)的航天器,而且會成為第一個探索最小小行星的航天器,因為在這個雙小行星 “迪迪莫斯”(Disymos)中,更小的那個小行星大小的與埃及的胡夫金字塔 (Pyramid of Khufu)大小相當(dāng),將成為有史以來被探索的最小的小行星。

兩顆小行星孰大孰小從遠處看是難以分辨的,需要近距離直接比較。由行星學(xué)會 (Planetary Society)所制的著名星體大小比例圖,包含了迄今為止航天器探測到所有小行星和彗星數(shù)據(jù),再加上 “迪迪莫斯”中較大的那顆小行星作為參照,另一顆嬌小的小行星才勉強占據(jù)了一個像素的大小。

“迪迪莫斯”雙小行星系統(tǒng)的橫跨距離只有780m,是除了直徑500m的糸川小行星 (Itokawa rubble pile)和直徑350m的貝努 (Bennu)以外被探測到的小行星中最小的。糸川由日本第一個隼鳥號 (Hayabusa)航天器登陸探索,貝努則正在NASA的Osiris-REx任務(wù)的環(huán)軌繞行中。

這使 “迪迪莫斯”中像衛(wèi)星一樣的 “迪迪莫恩”(Didymoon)成為了計劃進行機器探測的小行星中最小的一個,直徑僅160m。

“赫拉”的首席科學(xué)家帕特里克·米歇爾(Patrick Michel)說: “當(dāng)你看到其他小行星時,‘迪迪莫斯’的尺寸之小就會變得明確了。”帕特里克是法國國家科學(xué)研究中心 (Centre National de la RechercheScientifique,CNRS)的研究主任。

帕特里克同時還擔(dān)任了日本隼鳥2號探究任務(wù)的聯(lián)合調(diào)查員和跨學(xué)科科學(xué)家,隼鳥2號探測器的目標(biāo)小行星是直徑約1km的 “龍宮” (Ryugu):“隼鳥2號拍攝的圖像顯示,‘龍宮’的北極附近有一塊巨石,而且這塊巨石就和 ‘迪迪莫恩’大小差不多。“

人類首次行星防御測試

正是由于它如此之小, “迪迪莫恩”才被選為開拓性行星防御實驗的研究對象。在2022年,NASA的DART太空船將對 “迪迪莫恩”施加影響,改變它繞較大那顆小行星的運行軌道,以測試小行星偏轉(zhuǎn)的可行性。

“這并不是第一個對行星體施加影響的太空船,”帕特里克補充說, “NASA的深度撞擊探測器 (Deep Impact)在2005年墜入了坦普爾1號彗星 (Tempel 1),但不是試圖偏轉(zhuǎn)它的運行軌道,而是為了暴露地表之下的物質(zhì),畢竟6km的直徑實在太大了。但 ‘迪迪莫恩’的直徑足夠小,并且圍繞另一顆小行星的運行軌道也只有12h,它的軌道周期完全可以發(fā)生變化,并被探測器測量到。”

在施加影響之后, “赫拉”將在2026年對“迪迪莫斯”雙小行星進行探測,收集在地球上觀測無法獲得的關(guān)鍵信息,包括 “迪迪莫恩”的質(zhì)量、表面特性以及DART隕石坑的形狀。

“這將使我們對所加影響的動量傳遞能做出很好的估計,傳遞效率進而就可以作為人為偏轉(zhuǎn)技術(shù)的一個指標(biāo),”ESA“赫拉”項目的科學(xué)家米夏埃爾·屈佩爾斯 (Michael Küppers)解釋說,“為了以后設(shè)計出更好的偏轉(zhuǎn)任務(wù),這些都是數(shù)值影響模型驗證的必需基本參數(shù)。我們將更好地了解這種技術(shù)是否可以應(yīng)用于更大的小行星,讓我們有信心在必要的時候保護我們的地球不被小行星沖撞。”

這一類測試對 “迪迪莫恩”來說意義非凡,因為它如此之小,是最危險的近地小行星之一:比它大的星體會更容易被追蹤,比它小的星體則會燃燒殆盡或只造成有限的破壞,而 “迪迪莫恩”這種大小的星體撞擊地球,就可能造成地球上一大片區(qū)域的毀滅。

低重力的小行星世界

在對其他研究領(lǐng)域的助益上, “迪迪莫斯”系統(tǒng)也具有重要的意義,讓我們能夠深入了解雙小行星系統(tǒng)各個方面的性質(zhì),這些雙小行星系統(tǒng)大約占據(jù)了已知小行星的15%之多。

“‘迪迪莫斯’的自轉(zhuǎn)速度非常快,每兩個小時就會自轉(zhuǎn)一圈,”帕特里克說, “在赤道附近,它的弱引力與離心力可以相互抵消,導(dǎo)致赤道上的物質(zhì)可能從地表上浮起來,這就是 ‘迪迪莫恩’起源的主要理論。因此在赤道登陸是不太可能的,我們不得不在它的南北兩極附近著陸。”

“‘迪迪莫恩’的尺寸如此之小,也意味著我們對這顆小行星的各個方面知之甚少,但我們認為它會乖乖地繞著較大的那顆小行星旋轉(zhuǎn),就像月亮也一直繞著地球旋轉(zhuǎn)一樣,這意味著它的自轉(zhuǎn)周期等于公轉(zhuǎn)周期,自轉(zhuǎn)速度也會較低。現(xiàn)在的計劃是至少在 ‘迪迪莫恩上’著陸一個立方衛(wèi)星 (CubeSat),我們需要非常精確的導(dǎo)航來實現(xiàn)這一目標(biāo),因為這顆小行星的引力大概只有地球引力的百萬分之一,逃逸速度估計只有6cm/s,因此立方衛(wèi)星極有可能被彈回太空。”

帕特里克認為,對于小行星采礦計劃而言,“迪迪莫恩”這樣大小的星體還有可能被證明是最佳的采礦對象,因為更大的星體相對較少,而更小的星體則會由于太陽輻射加熱而更易快速旋轉(zhuǎn)。

“赫拉”任務(wù)目前正在緊密的研究制定中,將由ESA Space19+理事會 (中級部長會議)歐洲空間部長會議批準(zhǔn)。計劃于2023年發(fā)射。

在羅塞塔號 (Rosetta)彗星探測器之后,“赫拉”將成為ESA下一個小型星體探測任務(wù),這也要得益于在羅塞塔號12年的任務(wù)里獲得的專業(yè)數(shù)據(jù)。長期的規(guī)劃至關(guān)重要,無論是對于未來太空任務(wù)的實現(xiàn)還是對于創(chuàng)新技術(shù)的持續(xù)發(fā)展,這都激勵著新一代的歐洲科學(xué)家和工程師們。

參考

https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Hera/ESA_plans_mission_to_smallest_asteroid_ever_visited

(轉(zhuǎn)自 “NASA愛好者”公眾號)