千萬別抬頭？人類首次用衛星「撞」小行星的改道實驗

二十一世紀的某一天，兩位天文學家發現，一顆喜馬拉雅大小的彗星即將在 6 個月後撞擊地球，帶來的能量相當於十億顆原子彈，不採取行動，地球將毀滅。 

他們先後把這一消息告訴 NASA、美國總統、再透過電視新聞告訴大眾。 

可惜，沒有人重視。 

總統關注自己的選舉、大眾把這個消息當作一次有趣的頭條。於是「不抬頭看天空」的地球迎來了毀滅。 

這個去年底上線 Netflix 的諷刺喜劇《千萬別抬頭》（Don't Look Up），雖然故事純屬虛構，但一個細節倒是符合現實——兩位天文學家被 NASA 局長移交給「行星防禦」辦公室的主管，由主管領著連夜見總統。 

在現實中，NASA 確實設立了一個類似部門，名字差不多：「行星防禦協調辦公室」（Planetary Defense Coordination Office）。這個辦公室的主要任務，就是睜大眼睛尋找有潛在威脅的近地天體，發出警告，並設計預防方案。所以，如果真的有電影裡喜馬拉雅山那麼大的彗星威脅地球，應該是這個部門先發現，輪不到兩個普通的天文學家。 

就在今天，台北時間 2022 年 9 月 27 日，這個辦公室剛剛執行了人類歷史上第一次，小行星防禦演習——用一顆人造衛星撞擊小行星來改變其軌道。 

這次撞擊任務，是雙小行星改道測試（Double Asteroid Redirection Test）行動的一部分。被派往太空執行任務的衛星就叫做 DART。Dart，在英文中也是飛鏢的意思。它也可能是至今最昂貴的一枚「飛鏢」。

▲ DART路線圖和雙星系統示意圖。圖片來源：NASA 

漫長奔赴，迎面相撞

美國當地時間 9 月 26 日晚上 7 點多，「最後一擊」前的 2 分鐘，馬達熄滅。在此之前，它以每秒約 6.6 公里的速度奔赴目標。 

此時 DART 衛星已經鎖定了小行星 Dimorphos，越來越近，只差最後一擊。這次撞擊之前，它已經飛行了 10 個月之久。2021 年 11 月，這顆衛星被一枚獵鷹 9 號送入太空。 

DART 衛星這次飛行的目標，是距離地球之外 1100 萬公里的雙星系統 Didymos （希臘語的雙胞胎）。 

這個雙星系統裡有一大一小兩顆小行星，大的直徑 780 公尺，小的直徑 160 公尺。這顆弟弟小行星是另一顆哥哥小行星的衛星，它繞著雙星系統中較大的那顆，每轉一圈所用的時間是 11 小時 55 分鐘。這顆名字為 Dimorphos 的小行星，是 DART 衛星奔赴的最終目標。 

在執行撞擊任務的 26 日下午 3 點，衛星接收到最後一次來自地球的航向修正資訊後，DART 就進入了自動導航模式——自主導航也是在這次任務測試的技術之一。科學研究團隊為衛星配置了一個光學導航系統。在撞擊前一個小時，這個導航系統引導衛星 DART 鎖定雙星系統中的弟弟。 

在最後的幾分鐘裡，衛星上的照相機向地球傳回的照片，記錄下衛星視角的衝撞前照片：

▲ 撞擊前2.5分鐘，這也是最後一次雙星系統出現在視角裡。距離目標 570 公里。 ▲ 撞擊前11秒，距離目標 68 公里。 ▲ 撞擊前傳來的最後一張完整圖片，距離目標 12 公里。

▲ 在撞擊前大約 1 秒，距離目標 1 公里，衛星頑強傳回來最後一張照片。

在圖像傳回地球的途中，衛星已經接觸了目標，所以只傳回了一小部分資訊。 

晚上 7 點 14 分，在美國馬里蘭州的任務控制中心宣佈，撞擊任務成功。 

之所以選擇這個雙星系統作為實驗物件，是因為它距離地球的距離適中，方便飛行器抵達，也方便各種天文望遠鏡觀測，同時也足夠安全，不至於對地球產生任何影響。 

而選擇雙星系統中較小的弟弟，不完全是因為「柿子先找軟的」，也是因為撞擊之後，透過觀測它圍繞哥哥運行的軌道變化，能夠推算出這次撞擊帶來的影響。 

另外一個原因，直徑在 140 公尺以上的小行星，就有可能對地球造成潛在威脅。這顆弟弟行星直徑 160 公尺，達到了造成潛在威脅的「體積下限」，因此也適合作為改換軌道試驗的候選人。換句話說，這個雙星系統簡直是小行星改道的理想試驗場。 

從體積上而言，DART 衛星直徑只有 19 公尺，不到撞擊目標的八分之一。而科學家測算，這次撞擊將使得 Dimorphos 的運行軌道改變 7 分鐘。 

▲ 工作人員將DART從集裝箱中取出。圖片來源：NASA 

「行星撞地球」的機率問題

雖然衛星本身不能再向地球傳回任何資訊，但科學家依舊在等待更多的圖像。一個小小的盒子，可能是這次「人造天象」的最佳觀眾。 

在這次撞擊任務 15 天前，DART 衛星上分離出一個小型的立方體「盒子」（LICIA Cube），它由義大利太空總署提供，是一個內建翅膀的圖像採集器。分離後，它也會自動調整姿態，達到 DART 的上空，見證撞擊的歷史時刻，並捕捉撞擊過程中小行星噴射物在太空中所形成的圖像。 

不過由於 LICIA Cube 沒有配備大型天線，圖像將在未來幾周內一張一張傳回地球。有了它提供的圖像，再加上衛星本身傳回的圖像，人們可以期待未來會出現這次撞擊更生動全面的記錄。 

▲ 兩顆行星與DART的大小對比。圖片來源：NASA據科學家預測，這次撞擊，可能會讓 9980 公斤到 99800 公斤的小行星被物質被彈射出來，並在表面形成隕石坑。在相撞的瞬間，將有數以百萬計的微小岩石被擠壓，它們所形成的推力總和，將加成 DART 撞擊帶來的效果。 

研究相撞模型的科學家發現，影響撞擊結果的主要因素有衛星 DART 的速度、兩者碰撞時的角速度，還有就是被撞擊小行星本身的內部結構或者材料特性。 

組成小行星的岩石的強度，和這些岩石的孔隙度（也就是岩石中間的空氣體積含量），將會對撞擊結果產生顯著影響。但是由於目前人們並不瞭解小行星岩石本身的情況，科學家除了測算不同的模型，也在等待 LICIA Cube 傳回的圖片，得到更多的資訊。 

▲ 不同孔隙度下，科學家進行的結果測算。圖片來源：NASA過去幾十年，越來越多的證據表明，許多小行星並非以固體岩石的形態存在，也不是含有數百萬個微孔的岩石。它們存在形態是碎石堆，也就是鬆散的巨石堆。引力的作用使得這些石頭聚集在一起，形成一顆小行星。它們很像漂浮在宇宙中的巨型石場。科學家懷疑，Dimorphos 也是這樣的存在。 

人類將地球到太陽的最近距離定義為 1 個天文單位，如果有天體近日距離小於 1.3 個天文單位，就被認為是近地天體。 

目前觀測到的近地天體主要是小行星和彗星，還有最常見的流星。 

根據 NASA 內部一份近地天體研究中心的資料，截至 2020 年 7 月 20 日，已知的近地小行星有 23,118 顆。其中一小半的小行星直徑達到了 140 公尺。這些都是有可能給地球帶來潛在威脅的小行星，只是目前人類對它們知之甚少。 

在新聞中，每隔一段時間也會出現某顆小行星未來會撞擊地球的預測，但是過一段時間又會被證明是計算錯誤。1998 年，有消息稱一顆小行星將於 2028 年撞擊地球。後來人們發現計算錯誤，那顆小行星將與地球擦肩而過。 

據推測，在太陽系早期，大概在十億年前，地球遭受過大量的小行星撞擊。目前，地球上已經發現了大約 200 個小行星撞擊坑，還有疑似的撞擊坑。 

按照目前已有的資訊來推算近地天體撞擊地球的機率，直徑 200 公尺量級的小型天體是每千年出現一次。而 6500 萬年前導致恐龍滅絕的那次撞擊，是一顆直徑 15 公里的小行星。它發生的機率以億年計算。這在已知的歷史中僅僅發生過這一次。 

對人類來說，一顆直徑達到 1000 公尺的小行星，就能夠對地球帶來毀滅性打擊——撞擊產生的塵埃會覆蓋大部分陸地，也會在海洋引起海嘯。 

據目前掌握的資料，在未來 100 年內，沒有任何已知直徑大於 140 公尺的小行星可能撞擊地球。而人類的視野尚存在盲區，還有一部分小行星未被觀測到。 

此外，還有個別小行星被列入「潛在威脅」的名單，有一顆小行星被認為在 100 多年後有千分之一的機率撞擊地球；另一顆被預測在 700 多年後，有三百分之一的機率撞擊地球。好在人類不是恐龍，面對小機率事件，會從幾百年之前就思考方案。 

對了，為了紀念人類的首次小行星改道實驗，你今天可以用「DART NASA」作為暗語，觸發一個被 DART 撞擊後傾斜了的網頁。 

 

▲ 歪斜的紀念。圖片來源：截圖DART的撞擊只是一個起點，這個計畫會在未來幾年以不同的方式持續進行。 

除了地球上天文臺對這個雙星系統的觀測之外，在2024年，歐洲太空總署將會發射名為「希拉」的飛船，在2026年抵達雙星系統。希拉和它所攜帶的2個類似於LICIA Cube的圖像採集器，將會近距離觀測Dimorphos這次留下的碰撞痕跡——隕石坑，並測量它的質量。

屆時，這個雙星系統的更多資料將被科學家掌握——到時候，Dimorphos 或許將成為人類在宇宙中最瞭解的小行星。 

而不論結果如何，這次具有里程碑意義的「太空出擊」，都在歷史上留下了一筆——接下來不少好萊塢科幻影片的開頭，可能就來自DART的這次太空任務。