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有辦法可以救恐龍了！可惜晚了6600萬年……

來源：果殼

發布時間：2022-12-12

瀏覽次數：3469

版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

北京時間2022年9月27日，對名為(wei) 狄莫佛斯（Dimorphos）和狄迪莫斯（Didymos）的兩(liang) 顆小行星來說，這原本應是它們(men) 悠閑的太陽係遊蕩生活裏，數十億(yi) 年如一日的、平平無奇的一天。

兩(liang) 顆小行星組成了一個(ge) 雙星係統，中文也把它們(men) 譯作孿小星和孿大星。

孿小星（Dimorphos，直徑約160米）和它的主星孿大星（Didymos，直徑約780米），由DART探測器搭載的DRACO相機在距離小行星約920千米處拍攝 | NASA/Johns Hopkins APL [1]

然而，就在這一天的清晨7點14分（北京時間），這份寧靜被一枚突然飛來的人類航天器生生打破。上一秒還吃著火鍋唱著歌好端端的孿小星，下一秒就被航天器以超6千米/秒的高速迎頭撞上。

肇事航天器的機載“行車記錄儀(yi) ”忠實地拍下了這場太空事故發生前的場景。

孿小星（小的那個(ge) ）被撞前最後5分半鍾的場景，由肇事航天器DART搭載的DRACO相機拍攝。除最後6幀外，視頻其他部分做了10倍加速處理。視頻後半部分，隨著DART的靠近，孿小星逐漸占滿整個(ge) 屏幕，直至最後一張照片隻傳(chuan) 回了一小部分，DART航天器就撞擊身亡了 | NASA/Johns Hopkins APL [1]

事故發生後，當事雙方均情緒穩定，畢竟肇事航天器已在事故中粉身碎骨，孿小星隻能無奈地接受自己突然被改變的“星生”。

正如6600萬(wan) 年前，地球上那群被小行星改變命運的恐龍們(men) 一樣。

目前關(guan) 於(yu) 恐龍滅絕的最為(wei) 主流的假說，是6600萬(wan) 年前一顆直徑超過10千米的小行星/彗星在墨西哥尤卡坦半島撞出了一個(ge) 直徑超過200千米的隕石坑，並且劇烈影響了當時整個(ge) 地球的大氣和生態環境，進而引起了包括大部分恐龍在內(nei) 的眾(zhong) 多動植物的滅絕——這就是地球上第五次生物大滅絕事件，史稱“白堊紀末大滅絕” | stock.adobe.com

好消息是，孿小星上沒有任何生命存在，因此沒有生命在這次事故中受到傷(shang) 害。隻不過，大塊頭的地球被小撞一下巋然不動，這顆直徑160米的小行星就弱小多了，更容易被外力改變。

DART探測器和小行星Dimorphos示意圖的大小對比 | 改編自NASA/Johns Hopkins APL [2]

在被撞擊後的一個(ge) 月裏，孿小星的外形和軌道都發生了顯著的變化——肇事航天器DART（全稱“雙小行星重定向測試任務”）千裏迢迢太空跋涉10個(ge) 月來撞擊小行星，正是為(wei) 了造成這些變化。（關(guan) 於(yu) DART任務的發射和基本情況詳見：撞小行星，為(wei) 恐龍複仇！人類啟動首次行星防禦演習(xi) ）

（上）雙小行星重定向測試任務DART撞擊小行星示意圖；
（下）DART航天器外形實拍，卷軸式太陽能電池板尚未展開 |

NASA/Johns Hopkins APL [2]

事故現場

2022年9月11日，實施撞擊的15天前，DART航天器預先分離出一顆立方星LICIACube（念LEE-cha-cube）。

這顆6U立方星由意大利空間局研製，可以用自己的推進係統調整軌道（推力50mN、比衝(chong) 40s），在撞擊發生的幾分鍾後近距離飛掠孿小星，用自己攜帶的相機確認撞擊情況。

（上）DART探測器分離立方星LICIACube示意動畫 | NASA/Johns Hopkins APL [2]

（下）LICIACube立方星實拍 | NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman [3]

立方星LICIACube上搭載了兩(liang) 台光學相機：窄視場的黑白相機LEIA和寬視場的彩色（RGB-IR）相機LUKE。

撞擊發生165秒後，LICIACube近距離飛掠事故現場，在DART航天器陣亡之後接力完成了對孿小星的觀測。

LUKE相機拍攝到撞擊發生後，大量被撞出的物質從(cong) 孿小星的四周濺射而出，宛如“煙花”一般在太空中“綻放”開來。

立方星LICIACube逐漸靠近又遠離兩(liang) 顆小行星的畫麵，下方的是孿小星，距雙星係統最近時距離僅(jin) 有56.7公裏 | ASI/NASA [2]

LEIA相機也拍攝到：孿小星在被撞後迅速變亮。

亮度變化不大的是孿大星，看樣子倒是沒有受到什麽(me) 牽連，拍攝於(yu) 1020公裏距離處 | ASI/NASA [2]

在立方星LICIACube最早發布的影像裏，兩(liang) 顆小行星嚴(yan) 重過曝，顯得這個(ge) 意大利的相機不太聰明的亞(ya) 子。

ASI/NASA/Alexandra Witze [4]

好在這些影像處理處理效果還是很驚豔的，被撞出的濺射物在孿小星周圍形成的輻射線都清晰可辨，延伸出數倍於(yu) 小行星直徑的範圍。

ASI/NASA/APL [5]

DART撞上孿小星時，質量隻有大約570千克，據估算還不到孿小星質量的100萬(wan) 分之一。明明隻是“蚍蜉”撞“大樹”，卻能造成如此“慘烈”的事故現場，這一方麵是超過6 千米/秒的撞擊速度屬實可觀，另一方麵，也得“怪”孿小星自己不夠結實。

在DART航天器撞擊前傳(chuan) 回的的孿小星近距離影像裏，這顆直徑約160米的小行星表麵碎石嶙峋，是一類典型的被稱為(wei) “碎石堆型”（rubble pile）的小行星。

DART探測器攜帶的DRACO相機在撞擊前11秒，距離孿小星68公裏處拍攝的孿小星表麵 | NASA/Johns Hopkins APL [1]

這類小行星質地鬆散，密度低，孔隙率高，可以理解為(wei) 是眾(zhong) 多大大小小的石塊通過微弱的引力聚集在一起形成的小行星。石塊彼此之間的“粘合力”很弱，隨便被撞一下，抖幾抖，都可能會(hui) 簌簌地掉落。

因此，當行星科學家看到孿小星表麵的影像時，就已經對孿小星慘烈的事故現場有充分的心理預期了。畢竟，在此之前，人類航天器已經近距離探訪過好幾顆碎石堆型小行星，對它們(men) 的性質相當不陌生了。

我們(men) 之前介紹過的，隼鳥號探訪過的糸川（535 米 × 294 米 × 209 米）、隼鳥2號探訪過的龍宮（直徑約900米）、冥王號探訪過的貝努（直徑約500米），都是碎石堆型小行星。

JAXA、NASA

如果忽略亮度和色調上的差異（孿小星是S型，貝努是C型，成分不同），你甚至一時難以分辨這到底是哪顆小行星的表麵。

（上）DART探測器DRACO相機撞擊前拍攝的孿小星表麵，圖幅約30米 | NASA/JHUAPL/JPMajor [6]

（下）冥王號PolyCam相機2019年3月21日拍攝的小行星貝努表麵。圖幅48.3米，左上角亮色石塊7.4米寬 | NASA/Goddard/University of Arizona [7]

近些年對小行星的地基和抵近探測證據表明，**直徑在百米量級的小行星大多都是這樣質地疏鬆的“碎石堆”結構。**這對人類來說是個(ge) 好消息——這類小行星是“虛胖”的，即使將來萬(wan) 一要來撞地球了，人類科技也能相對容易地改變甚至摧毀它們(men) 。

總之，近距離確認完事故現場之後，立方星LICIACube事了拂衣去，從(cong) 此離開了這對雙小行星。

接下來，就交給地球望遠鏡們(men) 吃瓜看戲了。

地球望遠鏡各顯神通

為(wei) 了好好觀察這次難得的撞擊，眾(zhong) 多地基望遠鏡和環繞地球的空間望遠鏡都摩拳擦掌，嚴(yan) 陣以待。在這些望遠鏡的觀測分辨率下，孿大星和孿小星無法分辨開來，因此我們(men) 看到的是雙星係統整體(ti) 的亮度變化。

計劃開展孿小星撞後觀測的地基和空間望遠鏡分布，當然，有些最終沒有成功拍到 | Johns Hopkins University Applied Physics Lab

以下是秀裝備成果展示時間：

撞擊發生時，當地時間已經天亮了的地方當然是拍不到啥的（畢竟已經北京時間早上7點多了喂）；當地時間還是夜晚的地區裏，位於(yu) 地球南半球的望遠鏡觀測條件更為(wei) 優(you) 越，因此也更容易抓住撞擊前後的珍貴瞬間。

意大利的虛擬望遠鏡計劃使用南非Klien Karoo天文台12寸望遠鏡，跟蹤拍攝到了撞擊發生前後孿大星-孿小星係統的亮度變化，可以明顯看到撞擊之後噴出的物質像雲(yun) 團一樣籠罩在雙星係統的左側(ce) 。

撞擊時刻是UTC時間2022年09月26日23:14，動圖持續時間是23:07-23:26共19分鍾，濺射物在大約23:19開始出現 | Gianluca Masi (Virtual Telescope), Berto Monard (Klein Karoo Observatory) [8]

動圖，移動的小點是孿大星-孿小星係統。

Gianluca Masi (Virtual Telescope), Berto Monard (Klein Karoo Observatory) [8]

位於(yu) 印度洋留尼汪島上的Les Makes天文台拍攝到：小行星幾乎在被撞的瞬間就開始變亮，數秒後就已經非常明亮，撞擊拋出的濺射物不到一分鍾就擴散成了雲(yun) 團一般的形態，並開始向東(dong) 運動並慢慢消散。

Les Makes天文台拍攝的撞擊發生幾秒後到半個(ge) 小時裏，雙星係統亮度的劇烈變化。反複播放了3遍 | Les Makes observatory, J. Berthier, F. Vachier / T. Santana-Ros / ESA NEOCC, D. Föhring, E. Petrescu, M. Micheli [9]

南非天文台（SAAO）和致力於(yu) 小行星巡天的ATLAS計劃（Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System）也分別拍攝到了類似的景象。

南非天文台拍攝▼

使用位於(yu) 南非薩瑟蘭(lan) 的1米口徑Lesedi望遠鏡拍攝 | Nicolas Erasmus (SAAO) , Amanda Sickafoose (PSI) [11]

ATLAS計劃拍攝▼

使用位於(yu) 南非薩瑟蘭(lan) 的0.5米口徑望遠鏡拍攝。ATLAS計劃由NASA和夏威夷大學共同運營，本次是用位於(yu) 南非薩瑟蘭(lan) 的望遠鏡拍攝的，整個(ge) 動圖持續時間約2小時 | ATLAS [11]

此外，還有一些小口徑的望遠鏡也拍到了被撞後的雙星變化，例如下麵這段在以色列Neot Smadar用11英寸望遠鏡拍到的場景，對如此小口徑的望遠鏡來說，效果可以稱得上驚人。

拍攝：Eran Ofek and David Polishook [12]

但相比於(yu) 地基望遠鏡，更驚豔的還得看NASA的空間望遠鏡雙壁：哈勃和詹姆斯‧韋布。撞擊後的幾個(ge) 小時裏，兩(liang) 台空間望遠鏡分別拍攝到了雙星係統在可見光和紅外波段的照片，撞擊飛濺出的物質明亮耀眼。這也是兩(liang) 大望遠鏡首次同時觀測太空中的同一個(ge) 目標。

哈勃（左，可見光波段）和詹姆斯韋布（右，紅外波段）空間望遠鏡拍攝的被撞後幾小時的雙星係統，可見雙星四周撞擊飛濺出的物質形成的明亮輻射線 | NASA, ESA, CSA, Jian-Yang Li (PSI), Cristina Thomas (Northern Arizona University), Ian Wong (NASA-GSFC), Joseph DePasquale (STScI), Alyssa Pagan (STScI) [13]

哈勃在撞擊前後的首輪觀測中共拍攝了45張影像，清晰記錄下孿小星在被撞後，周圍飛濺出的濺射物逐漸變多，逐漸變亮的過程。這些明亮的濺射物條紋在撞擊發生的8個(ge) 小時後還沒有減弱。

哈勃空間望遠鏡拍攝的孿小星被撞後22分鍾（左）、5小時（中）和8.2小時（右）後濺射物的變化，左側(ce) 為(wei) DART航天器的撞擊方向 | NASA, ESA, 李薦揚 (PSI), Alyssa Pagan (STScI) [13]

動圖更明顯▼

哈勃空間望遠鏡在孿小星被撞後22分鍾、5小時和8.2小時拍攝的三張影像合成的動圖，孿大星-孿小星係統的亮度增加了3倍 | NASA, ESA, Jian-Yang Li (PSI), Alyssa Pagan (STScI) [13]

韋布在撞擊前後開展了5個(ge) 小時的觀測，首輪共拍攝了10張影像，紅外波段下濺射物的擴散規模更大，這是因為(wei) 相比於(yu) 可見光，紅外波段下能夠看到更多塵埃。（塵埃的亮度在紅外波段與(yu) 其尺寸的平方成正比，在可見光波段與(yu) 其尺寸的平方和反照率的乘積成正比，小天體(ti) 塵埃顆粒在可見光波段的反照率都很低，因此在紅外波段更亮。）

韋布空間望遠鏡在孿小星被撞後5小時裏拍攝的多張影像合成的動圖 | NASA, ESA, CSA, Cristina Thomas (Northern Arizona University), Ian Wong (NASA-GSFC), Joseph DePasquale (STScI) [13]

受限於(yu) 地理位置，以及望遠鏡性能、天氣等因素的限製，最終隻有少數幸運的地基望遠鏡成功拍攝到了撞後幾分鍾的變化。好在撞出的“煙花”夠大夠持久，其他地基望遠鏡也有事後拍攝到的機會(hui) 。

例如：

撞擊發生22個(ge) 小時後，星明天文台用0.6米口徑的NEXT望遠鏡拍攝到了孿大星-孿小星係統。盡管雙星係統此時的位置對位於(yu) 新疆的NEXT望遠鏡來說觀測條件並不理想，但影像中還是能看明顯到一些撞出的濺射物羽流。

NEXT望遠鏡全稱“寧波市教育局-新疆天文台望遠鏡”，主要目標為(wei) 小行星、變星測光、GRB快速反應觀測。撞擊時刻是UTC時間2022年09月26日23:14，此圖的觀測時間是UTC時間9月27日21:31-22:30 | @新疆高興(xing) 天文拍攝，@交阯越人供圖

撞擊發生29個(ge) 小時後，位於(yu) 智利的望遠鏡在線天文台（Telescope Live Observatory）拍攝到雙星係統周圍環繞的濺射物，而且隱隱可見其中一個(ge) 方向的濺射物開始拉長。

E. Guido, M. Rocchetto, G. Savini, S. Fossey, Telescope Live [14]

孿小星又開始變身了。

長出了“尾巴”，還是兩(liang) 條

撞擊兩(liang) 天後，位於(yu) 智利的SOAR望遠鏡拍攝到：孿小星附近飛出的撞擊濺射物微弱了不少，但還沒有完全消散。一條超過9600千米長的“尾巴”已然形成，這是一部分濺射出的塵埃被太陽輻射壓力“推動”產(chan) 生的，類似彗星的“尾巴”。

SOAR望遠鏡由美國光學-紅外天文學研究實驗室（NOIRLab）運營 | CTIO /NOIRLab /SOAR /NSF /AURA /T. Kareta (Lowell Observatory), M. Knight (US Naval Academy) [5]

更奇妙的是，2022年10月8日，撞擊發生285個(ge) 小時後，哈勃空間望遠鏡發現：孿小星竟然又長出了第二條“尾巴”！

塵埃尾之外其他方向的藍色輻射狀條紋是衍射紋，也就是哈勃望遠鏡拍出來的所謂“星芒” | 改編自：NASA/ESA/STScI/Hubble [15]

兩(liang) 條“尾巴”至少持續到哈勃10月11日的觀測時都還清晰可辨。

哈勃空間望遠鏡WFC3相機在2022年10月8日和11日拍攝的雙星係統影像對比，DART航天器的撞擊來自10點鍾方向，兩(liang) 條“尾巴”向著太陽-小行星連線的延長線方向延伸 | NASA, ESA, STScI, Jian-Yang Li (PSI)/Joseph DePasquale [15]

雖說長出尾巴這種事，對彗星來說是常規操作，但彗尾和孿小星的尾巴還是挺不一樣的。

彗星在飛到太陽附近的時候，彗核中被低溫封印住的揮發物和塵埃會(hui) 被太陽喚醒，生出雲(yun) 團一般的彗發和長長的彗尾。彗尾也常常分叉成兩(liang) 條：一條是太陽風推動彗發中的氣體(ti) 和等離子形成的“氣體(ti) 尾”（gas tail），也叫“離子尾”（ion tail），出現在背向太陽的方向；另一條是太陽輻射壓力推動彗發中的塵埃顆粒形成的“塵埃尾”（dust tail），大體(ti) 出現在彗星飛行軌跡的後方和離子尾之間。

離子尾（Gas tail）和塵埃尾（Dust tail）方向示意圖 | Юкатан

因為(wei) 不同大小的塵埃顆粒受太陽輻射壓力的影響不同，塵埃尾通常分布範圍更廣，還有一定的弧度。

彗星的離子尾（藍色）和塵埃尾（黃灰色）| 拍攝：Jerry Lodriguss

但孿小星的尾巴顯然不是揮發產(chan) 生的，兩(liang) 條塵埃尾與(yu) 彗星典型的塵埃尾和離子尾形態也有明顯差異。對孿小星來說，生出兩(liang) 條塵埃尾怎麽(me) 回事？個(ge) 中緣由，行星科學家目前還在探索之中。

真的變短了！

“煙花”固然好看，但DART任務千裏迢迢跑來撞小行星，可不止這一點小野心。

它想知道的是：人類航天器通過有限能量的主動撞擊，能讓小行星的軌道改變多少。這樣將來萬(wan) 一真的有小行星來撞地球，人類也好對自己的科技水平可否與(yu) 小行星一戰心中有數。

這也是全稱“雙小行星重定向”的DART任務選中孿小星作為(wei) 撞擊目標的主要原因：雙小行星係統的軌道變化更容易觀測到。

按照原本的計算，DART航天器此次撞擊可以將孿小星在雙星係統中的軌道周期從(cong) 原本的11小時55分鍾再縮短上好幾分鍾。

對如何觀測到這幾分鍾的微小周期變化，DART任務團隊也早有安排。

小行星雖然不發光，但能反射太陽光。對於(yu) 孿大星-孿小星雙星係統，當孿小星飛入孿大星的陰影時，兩(liang) 顆小行星總體(ti) 的反射亮度會(hui) 有一個(ge) 較大的降低；當孿小星飛過孿大星前方時，又會(hui) 周期性地遮擋住一部分孿大星的反射光（也就是“淩”），導致雙星總體(ti) 的亮度有一個(ge) 較小程度的降低。

地基天文望遠鏡通過持續觀測雙星係統的亮度，就可以通過亮度變化的周期來確認撞擊發生之後伴星孿小星環繞主星孿大星的新周期——這可比觀測一顆孤零零的小行星微小的軌道變化要容易多了。

孿小星環繞孿大星的過程中，從(cong) 地球看到的雙星係統亮度變化示意圖。通過持續監測亮度，地麵望遠鏡便可以測定孿小星的軌道周期 | NASA/APL/UMD [5]

然而，最終觀測到的周期變化還是大大超出了DART任務的預期。

經過長達十多天的反複觀測，遍布全世界的多個(ge) 天文台、大學和科研機構協作，共同觀測出了孿小星被撞後的新周期：11小時23分鍾——不僅(jin) 真的變短了，而且變****短了足足32分鍾！

2022年9月27日到10月6日期間測量的孿大星-孿小星係統的亮度變化信息 | NASA、約翰霍普金斯APL、捷克科學院天文研究所、羅威爾天文台、JPL、拉斯坎布雷斯天文台、拉斯坎帕納斯天文台、歐洲南方天文台丹麥1.54米望遠鏡、愛丁堡大學、開放大學、聖康塞普西翁天主教大學、首爾國立天文台、安托法加斯塔大學、漢堡大學、北亞(ya) 利桑那大學 [5]

除了亮度觀測，NASA位於(yu) 加利福利亞(ya) 州的戈德斯通行星雷達和美國國家基金會(hui) 位於(yu) 西維吉尼亞(ya) 州的綠岸天文台，也通過雷達對雙星係統的位置變化進行了觀測，證實孿小星的軌道周期確實已經被改變了。誰叫之前觀測孿大星-孿小星係統的阿雷西博天文台倒閉了呢。

2022年10月4日和9日，雙星係統雷達影像中的位置變化，如下圖所示。

2022年10月4日的數據由NASA戈德斯通行星雷達觀測，10月9日的數據由戈德斯通和綠岸天文台雷達聯合觀測 | 改編自：NASA/Johns Hopkins APL/JPL/NASA JPL Goldstone Planetary Radar/National Science Foundation’s Green Bank Observatory [5]

在這兩(liang) 天的雷達影像中，孿小星都沒有出現在原本應該出現的位置。