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美国宇航局戈达德帮助确保小行星偏转器击中目标,预测并将观察撞击结果

天文学与空间 2022-09-27 00:01:38

由美国宇航局戈达德太空飞行中心的比尔·施泰格瓦尔德拍摄 灾难援助反应队宇宙飞船的插图

信贷:美国航天局/约翰·霍普斯金杀伤人员地雷 尽管小行星撞击地球的几率很小,但即使是一颗直径约500英尺(约150米)的相对较小的小行星,其携带的能量也足以在撞击点周围造成广泛的破坏

美国国家航空航天局领导着美国的努力

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和跟踪潜在危险的小行星,并研究减轻或避免对地球的影响的技术

如果一颗小行星被发现并确定与地球发生碰撞,一种应对措施可能是发射“动力撞击器”——一种高速航天器,通过撞击小行星来偏转小行星,稍微改变小行星的轨道,使其偏离地球

美国宇航局的双小行星重定向测试(DART)将是第一次使用动力撞击器演示小行星偏转的任务

DART将测试动力撞击器技术,目标是一颗双小行星,该小行星不在与地球相撞的轨道上,因此不会对地球构成实际威胁

该系统由两个小行星组成:较大的小行星Didymos(直径:780米,0

48英里)和较小的小行星迪莫尔福斯(直径:160米,525英尺),它围绕较大的小行星运行

灾难援助反应队于11月13日启动

凌晨1点21分24秒

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美国东部时间11月12日,位于加利福尼亚州范登堡航天力量基地的SpaceX猎鹰9号火箭将几乎迎头撞上迪默福斯,将小行星小卫星绕迪默斯轨道运行的时间缩短了几分钟

该任务由马里兰州劳雷尔的约翰·霍普金斯应用物理实验室(APL)为美国宇航局行星防御协调办公室领导,并得到了美国宇航局多个中心的支持

美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的科学家和工程师正在检查任务的飞行路线,并运行计算机模拟,预测撞击可能会如何改变迪莫尔福斯的轨道

该小组还将进行望远镜观测,以确定撞击过程中释放的灰尘和挥发物(容易蒸发的物质)的数量和成分

戈达德公司动力学验证和确认负责人、DART飞行动力学支持负责人布伦特·巴尔贝(Brent Barbee)表示:“我们正在对任务的轨迹计算进行独立检查。”

Goddard使用其内部开发的进化任务轨迹生成器(EMTG)在任务开发的不同阶段提供对DART任务轨迹的独立验证和确认,并评估任务适应未命中推力和其他紧急情况的能力

“我们还使用EMTG来支持灾难援助反应队的独立轨迹优化研究

考虑到航天器的目标、能力和局限性,这些研究评估了航天器的最佳飞行路径,”DART轨迹优化团队成员、加利福尼亚州伯克利市戈达德和太阳空间公司的Bruno Sarli说

戈达德的科学家们还在帮助计算撞击将如何改变迪莫佛斯的轨道,他们使用了由任务调查小组开发的专门的二进制(双)小行星动力学模拟代码来模拟迪莫佛斯系统的轨道和旋转运动

戈达德团队为灾难援助反应队任务策划了该工具的一个版本,增加了特性和功能

“我们的模拟结果揭示了灾难援助反应队的影响将如何以可通过远程观察检测到的方式改变系统的动态,”Barbee说

“在发射之前,这些模拟有助于验证灾难援助反应队的撞击即使在不理想的撞击环境下也能满足任务要求,”戈达德的约书亚·莱兹霍夫补充道,他为灾难援助反应队进行动力学模拟开发、建模和分析

“我们还将在任务期间使用观测数据更新模拟,以帮助确定灾难援助反应队的影响在多大程度上改变了迪莫尔福斯的势头,这是任务的一个重要目标

" 据该团队称,双小行星动力学算法和代码非常复杂,计算量也很大

Barbee说:“Goddard添加到代码中的一个重要特性是使用并行分布式计算执行代码的能力,这样模拟就可以在合理的时间内完成。”

“当系统在撞击后被观测到时,这将是第一次观测到这种撞击效应,这种观测将第一次与双小行星的动力学模拟进行比较并用于校准

" 该航天器将在2022年9月下旬拦截迪伊莫斯的小卫星,当时迪伊莫斯系统在大约6

800万英里(1100万公里)的地球,使地面望远镜和行星雷达观测能够测量小卫星动量的变化

戈达德的科学家将进行额外的观察,以增加任务的科学回报

“我们将通过用阿塔卡马大毫米阵列(ALMA)和其他无线电(毫米/亚毫米)设施进行的高分辨率射电望远镜观测,来确定撞击过程中释放的尘埃量,以及任何潜在挥发物的数量和性质,”戈达德的斯蒂芬妮·米拉姆说,他是DART支持观测工作组的一员,也是ALMA项目的联合研究员

“此外,在撞击期间和之后,还将使用迪迪马斯的詹姆斯·韦伯太空望远镜进行观测,以监测撞击期间释放的尘埃

“米拉姆还支持韦伯保证时间观测团队(PI:托马斯/NAU)

“来自韦伯(近红外波长)和ALMA(亚毫米波长)的尘埃和挥发物观测将帮助我们了解小行星的组成,以及撞击喷出的物质的速度、方向和性质,”Goddard的Nathan Roth说,他也是DART支持观测工作组的成员和ALMA计划的首席研究员

“根据小行星在每个波长的亮度,我们将能够了解喷出物中尘埃粒子的大小分布

通过韦伯的高分辨率成像,我们将能够理解喷出物或喷出物中的其他结构

利用ALMA的分子光谱学(对分子释放的光的分析),我们将能够测量任何存在于Dimorphos表面下的微量冰的含量,以及撞击产生的任何气相分子的含量

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