DART探测器发射升空 | NASA
只不过，不同于过去其他的近地小行星探测器，DART探测器有着分外的义务：它的紧张目标不是探索小行星本身，而是试验如何“赶走”小行星——这是人类首个小行星防御探测器。
DART任务海报 | NASA
地球，笼罩在小行星的威胁之下
我们赖以生存的港湾地球，宁静祥和，又暗潮彭湃。除了三体人的窥伺，还随时可能面临小行星和彗星从天而降的打击。事实上，地球自出身以来，就没少挨过撞。
电影《你的名字》里，提阿马特彗星碎片在空中解体和着落的场景
尤其是在太阳系暴力火拼的早期，大型撞击事宜非常频繁。我们再熟习不过的月球，就可能出身于大约45亿年前的一次剧烈撞击：一颗火星大小的天体倾斜撞上了尚未完备长成的“雏形”地球，撞击产生的碎屑重新聚拢吸积起来，形成了如今的月球 [1, 2]。幸运的是，这次撞击还没有大到足以粉碎地球，仅仅撞碎了地球外层的一部分。
大撞击假说（Giant Impact Hypothesis）中构建的月球起源图景 | NASA
不过别担心，随着太阳系趋于沉着，大行星们都找到了自己稳定的轨道，毁天灭地的大型撞击事宜也就逐渐绝迹了。或许正是由于有这样相对“安宁”的环境，才有了地球上生命出身繁衍的条件，才有了如今活气勃勃的地球。
但个头在10千米级别的小行星依然会打击地球，而且足以造玉成球性的物种大灭绝。上一次这样的大撞击可能发生于约6500万年前，那时人类还没有出身，但恐龙可能深受其害。
据推测，那颗巨大的小行星（也可能是彗星）在墨西哥尤卡坦半岛撞出了一个直径超过200千米的陨石坑，并且剧烈影响了当时全体地球的大气和生态环境，进而引起了包括大部分恐龙在内的浩瀚动植物的灭绝——这便是地球上第五次生物大灭绝事宜，史称“白垩纪末大灭绝”。
“来不及许愿了，快跑！
”
小行星撞击可能是恐龙灭绝的罪魁罪魁 | LPI [3]
只是，这么大个头的小行星数目不多，撞上地球的概率也就非常低：直径10千米级的小行星撞地球均匀每1-2亿年才会发生一次；直径1千米级别的小行星撞击均匀每50万年才会发生一次。
个头越小的小行星，虽然对地球的危害越小，但数目也越多，撞上地球的频率也就越高，同时，地基望远镜不雅观测到的难度也越大。
随着巡天不雅观测技能的提升，天文学家已经监测到越来越多小行星的踪迹，尤其是那些轨道会和地球靠近的“近地小行星”（NEOs）。
改编自NASA/JPL [4]
截至2018年，已有近2万颗近地小行星被创造，个中近一半直径在140米以上。须要把稳的是，动图中小行星的大小没有按比例，实际的小行星比较于行星，大小险些难以识别，因此它们在空旷太空中的实际分布实在很稀疏。
直径140米以上，轨道与地球轨道相交的近地小行星，与人类的存亡尤为息息相关：这个尺寸的小行星完备可能毁灭一个城市，引起大量职员伤亡——而这个尺寸的小行星，均匀每2万年光顾地球一次，概率上又无法忽略不计。
直径20多米的小行星，虽然大多数情形下武力值不算强，但万一不巧撞上人口密集的大城市，也能造成不小的危害。也就不到10年前的2013年，俄罗斯的车里雅宾斯克（Chelyabinsk）就发生过这样的事件：一颗直径近20米小行星来袭，空爆和冲击波造成了一定的经济丢失和1400多人受伤，但所幸无人去世亡。
小行星空爆和冲击波（上）震碎了车里雅宾斯克剧院玻璃（下） | 维基
更危险的是，这样大小的小行星，均匀每100年就会光顾地球一次——如果不巧撞在了大城市…… 那我们或者我们的子孙，有生之年就可能会碰着。
总之，对地球人来说，这份来自小行星的威胁并不是杞人忧天，而是实实在在可能发生的。
只是千百年来，人类能做的只有被动地希望这样的事不要发生。
而随着人类深空探测技能的发展，是时候拿回主动权了。
DART探测器，便是开始。
反击吧，地球人！
倒也不是说地球到了死活存亡的时候，一颗大个头的小行星立时就要撞过来了……并没有并没有。事实上，目前的小行星不雅观测数据显示，至少接下来一百年里，地球都挺安全的。
但这喘息的间隙，正好是人类努力发展科技树的好机遇。
如果将来有一天，预知一颗直径几十乃至一百多米的小行星真的快要撞上地球了，人类要如何抵御这颗小行星，要如何自救？现在，我们还有足够长的韶光，来为应对这一天积累实力，做好准备。
想要保护地球不被小行星撞伤，最直接的思路有两种：一是改变小行星的轨道，例如把小行星撞歪、推动、拖走；二是直接摧毁小行星，例如用核弹把小行星炸毁。
DART探测器打算测试的，便是目前的技能水平下最随意马虎实现的一种思路：通过自尽式撞击，偏转小行星的运行轨迹。
NASA/Johns Hopkins APL [5]
正如探测器的缩写和任务徽章上的“飞镖”（dart）一样平常，DART探测器将会以最悲壮的办法结束自己的生命：似利箭，迎头相撞，勇往直前。
DART探测器的任务徽章 | NASA/Johns Hopkins APL [5]
不过技能上来说，撞上小行星的难度不大。毕竟，人类已经有过两次成功撞击小行星/彗星的履历了：
一次是2005年，深度撞击号探测器（Deep Impact）开释撞击器撞了坦普尔1号彗星的彗核；
深度撞击号撞击彗星坦普尔1号的过程 | 维基
另一次是2019年，隼鸟2号探测器（Hayabusa2）开释撞击器在小行星龙宫上撞出了一个坑。
隼鸟2号投下撞击器的过程 | JAXA
难点在于，探测器和小行星的质量差距如此悬殊，“蚍蜉”撞“大树”，要如何撞才能达到“四两拨千斤”的效果，真的让小行星发生“看得见”的轨道变革呢？
当选中的小行星
答案是，选择一颗得当的小行星。
选一颗离地球近一些、易于抵达的小行星自不必说，更主要的是，小行星个头不能太大，不然撞完后小行星“纹丝不动”，可就尴尬了。
DART任务选中的，是一颗直径约160米，名叫Dimorphos的近地小行星。然而，对质量仅550千克（撞击时）、展开太阳能板全长也不敷20米的DART探测器来说，这么大的小行星依然是个庞然大物。
DART探测器和小行星Dimorphos的大小比拟 | 改编自NASA/Johns Hopkins APL [5]
但奥妙的是，这颗即将被撞的小行星不是单枪匹马，它还环抱着一另颗名叫Didymos、直径约780米的小行星迁徙改变，两颗相距1.2千米的小行星组成了一个双星系统，共同环抱太阳公转。
2003年11月23、24和26日，阿雷西博天文台的S波段雷达对主星进行的14次雷达成像，可以清楚看到主星旁的伴星
两颗小行星的命名也来自它们的“双星”属性：主星Didymos是希腊语中“孪生”（twin）的意思；伴星（卫星）Dimorphos，则是希腊语中“有两种形态”（having two forms）的意思。
不雅观察一颗小行星环抱太阳的眇小轨道变革，实在非常困难。双小行星系统Didymos和Dimorphos是阿莫尔型近地小行星，翱翔轨道始终在地球轨道之外，每2.11年才能环抱太阳一圈。
但不雅观察一个双星系统中小行星的轨道眇小变革就随意马虎得多——这个别系中伴星的公转周期很短，仅有约12个小时，在此根本上发生的眇小的轨道变革相对来说就随意马虎创造得多。
据目前的推算，DART探测器以6千米/秒的速率迎头撞向Dimorphos，可以把这颗小行星环抱主星一圈的周期缩短上好几分钟，已经足够不雅观测到了。
DART探测器撞击小行星之后可能带来的变革 | 改编自NASA/Johns Hopkins APL [5]
等等，这个撞慢了多久，缩短了几分钟周期，不是可以准确算出来么？这题我会啊，初中物理嘛！
你以为的撞小行星
动量守恒mv = (M+m)△v | 参考文献 [6]
并不是，由于小行星既不是质点，也不是刚体。
大略来说，在受到超高速撞击的情形下，小行星自身的密度、强度、孔隙度等物理性子都会大大影响撞击的结果。
换言之，虽然天文学家已经针对多种可能的情形做了打算仿照，但实际撞完会是啥样还是要靠后续不雅观测，现在谁也无法预判。
实际的撞小行星
老繁芜了.jpg
那么新的问题来了：如何知道撞后会是啥样？
地基望远镜：终于轮到我出场了
在履行撞击的10天前，DART探测器会先分离出一颗立方星LICIACube。
DART探测器分离立方星LICIACube | NASA/Johns Hopkins APL [5]
LICIACube可以用自己的推进系统调度轨道，在撞击发生的大约3分钟后飞掠小行星Dimorphos，用自己携带的相机大致确认撞击情形，例如撞击是否成功开展，撞击后是否形成撞击坑和溅射物等等。
但小行星更准确的轨道变革，还要靠地基天文望远镜来完成。
DART探测器操持在2022年9月26日到10月1日之间撞上小行星Dimorphos，之以是选择这个韶光，是由于这个双小行星系统会在10月份近间隔飞掠地球——至少在这个公转周里，这是两颗小行星距地球最近的时候，可以近到1100万公里。下一次最近飞掠，就要到2024年了。
借助这个天然的近间隔不雅观测机会，地球上的天文望远镜有机会更清楚地不雅观察这两颗小行星。伴星飞过主星时，会周期性地隐瞒住一部分主星的反射光，因此地基天文望远镜可以不雅观测到双星系统的亮度变革，通过反复不雅观测，就可以确认撞击发生之后伴星Dimorphos环抱主星的周期改变了多少。
通过小行星互掩/凌产生的光变曲线，不雅观测小行星的周期 | NASA/Johns Hopkins APL [5]
届时，天下各地的多个天文台都会参与这场不雅观测盛宴，例如美国的罗威尔天文台、智利的拉斯坎布雷斯天文台、新墨西哥的马格达莱纳山脊天文台等等。
罗威尔天文台的罗威尔创造望远镜 | 罗威尔天文台
用地球上的望远镜，穷尽极限不雅观测一颗被人类航天科技改变了轨道的迢遥小行星，想必是个令天文学家激动不已的时候。
炮灰？NO，是新技能的试验场！
严格来说，DART探测器仅仅携带了一件探测仪器，那便是光学导航相机DRACO，毕竟，它的紧张义务是撞击，撞完就粉身碎骨了。
DART探测器的光学导航相机DRACO位置 | NASA/Johns Hopkins APL[8]
然而，DART探测器不止于此，它还会在殒灭之前“发光发热”。虽然没有繁芜的科学探测义务，但DART探测器携带了多种新仪器，为诸多新技能开辟了试验场 [8]。
DART探测器的各种仪器位置 | NASA/Johns Hopkins APL
新型离子推进系统
DART探测器携带了两套推进系统：利用肼燃料的主推进系统用于探测器的轨道机动和姿态掌握；利用氙气的离子发动机，则用于验证NASA的新型离子推进系统NEXT-C在太空中的利用情形。
比较于过去在深空1号、黎明号上利用的离子发动机，NEXT-C系统比冲更高，性能更优胜，可以让将来的深空探测器携带更少的燃料飞得更远。
DART探测器的NEXT-C离子推进系统 | NASA/Johns Hopkins APL [8]
卷轴式太阳能板框架
为了更大限度压缩发射体积和质量，DART探测器采取了卷轴式的太阳能板框架ROSA，发射后在太空中垂垂打开。
比较于传统的折叠式太阳能板，ROSA更为轻便灵巧。
卷轴式太阳能板ROSA打开示意 | NASA/Johns Hopkins APL [8]
2017年，该技能已经在国际空间站测试成功。
国际空间站测试中的ROSA太阳能板 | NASA
高转化率的太阳能电池板
DART探测器的太阳能电池板上，有一小部分没有利用常规电池板，而是安装了新型太阳能电池板用于技能验证。
这些新型太阳能电池板，可以比目前利用的常规太阳能电池板多产生3倍的能量，大大提高了太阳能利用效率。
如果该技能广泛投入利用，将来去往木星乃至更远的外太阳系探测器也有望以更轻小的太阳能电池板产生更充足的太阳能，而不必利用昂贵的核电池供电。
DART探测器的太阳能电池板上，安装了一小块高转化率的太阳能电池板 | NASA/Johns Hopkins APL [8]
智能自主导航
事实上，直到撞击发生的一个小时前，目标小行星Dimorphos在DART探测器的光学导航相机中还只是1个像素的小点。
为了准确找到并成功撞上小行星，DART探测器利用了一种智能自主导航系统SMART Nav，该系统将在撞击器前4小时启动，持续把探测器拍摄的照片反馈给导航算法，辅导探测器自主完成定向、数据传输和撞击。
DART探测器的智能自主导航系统SMART Nav示意 | NASA/Johns Hopkins APL [8]
高效通讯的高增益天线
DART探测器没有利用传统的“大锅”作为高增益天线，而是考试测验利用一种径向线缝阵列式天线（RLSA）来收发数据。
这种“新颖”的技能本钱更低、传输效率更高，虽然已经存在了几十年，但之前并未用于过深空探测器的通讯。
DART探测器上的RLSA天线 | NASA/Johns Hopkins APL [8]
验证这些新技能，虽然不会为DART任务本身带来什么益处，却可以造福之后的浩瀚深空探测器。
赫拉号：前赴后继
然而，想要深入理解DART探测器的撞击成果，对DART探测器撞击后的小行星表面和内部进行详细探测，地基天文望远镜是做不到的。毕竟纵然是间隔地球最近的时候，两颗小行星在地基望远镜里也只是几个像素的小亮点而已。
因此，DART探测器之后还须要另一艘探测器，再度前往小行星附近开展新一轮近间隔探测——这个继任者便是欧空局的赫拉号。
赫拉号探测器的艺术想象 | ESA [7]
赫拉号操持于2024年发射，2026年抵达双星系统，对主星Didymos和伴星Dimorphos展开全方位的深入探测。
届时，这对小行星将成为继丝川、龙宫、贝努之后人类最理解的近地小行星，也将成为首对被人类探测器两度近间隔探测过的小行星。
赫拉号目前的任务方案，将来可能会有各种调度 | ESA [7]
行星防御，是一个弘大的工程，DART探测器仅仅是个中一小步。但好在，人类还有足够的韶光，只要我们一直下脚步。
数百年后，如果，如果真的碰着小行星来袭、可能带来危害的那一天，
希望我们人类已经做好了准备。
参考文献
[1] Hartmann, W. K., & Davis, D. R. (1975). Satellite-sized planetesimals and lunar origin. Icarus, 24(4), 504-515.
[2] Canup, R. M., & Asphaug, E. (2001). Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth's formation. Nature, 412(6848), 708.
[3] https://www.lpi.usra.edu/science/KTcartoons/
[4] https://www.nasa.gov/feature/jpl/twenty-years-of-planetary-defense
[5] https://dart.jhuapl.edu/Gallery/
[6] Rivkin, A. S., Chabot, N. L., Stickle, A. M., Thomas, C. A., Richardson, D. C., Barnouin, O., ... & Hirabayashi, M. (2021). The Double Asteroid Redirection Test (DART): Planetary Defense Investigations and Requirements. The Planetary Science Journal, 2(5), 173.
[7] https://www.heramission.space/mission
[8] https://dart.jhuapl.edu/Mission/Impactor-Spacecraft.php
[9] https://dart.jhuapl.edu/
作者：haibaraemily
编辑：Steed
一个AI：防住小行星又如何，不是还有景象变革嘛……
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