從撞擊到探索——赫拉小行星探測(cè)器

作者|周已皓

審核|丁乙

編輯|趙經(jīng)遠(yuǎn)

2022年9月26日，一個(gè)來(lái)自遙遠(yuǎn)地球的探測(cè)器——雙小行星重定向測(cè)試（Double Asteroid Redirection Test，DRAT）卯足了勁，以每小時(shí)約24000公里的速度，頂牛似的撞上了一顆名叫孿小星（Dimorphos）的小天體。在無(wú)聲的撞擊中，塵埃飛揚(yáng)而起，孿小星稍稍偏離了原先的軌道。與此同時(shí)，天文學(xué)家使用各地的望遠(yuǎn)鏡，嘗試捕捉這一細(xì)微的軌道變化（星明天文臺(tái)也與紫金山天文臺(tái)合作，參與了這一觀測(cè)活動(dòng)）。幸運(yùn)的是，他們成功了。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，DART成功改變了孿小星的軌道，使其軌道周期縮短了約32分鐘，這是人類歷史上首次成功改變天體軌道的嘗試。孿小星直徑約160米，繞著另一顆直徑850米的小行星孿大星（Didymos）運(yùn)行，是孿大星的衛(wèi)星。

DART釋放的立方星LICIACube在DART撞擊后拍攝的孿大星系統(tǒng)|圖源：NASA

但是關(guān)于這次撞擊仍然有許多謎題等待解答，科學(xué)家們需要更精確的數(shù)據(jù)來(lái)將這種“動(dòng)能撞擊”方法轉(zhuǎn)化為一種可靠的行星防御技術(shù)，以避免大型小行星撞擊地球的厄運(yùn)。DART 撞擊留下的隕石坑有多大？它的撞擊重塑了整個(gè)孿小星的表面嗎？孿小星的礦物組成、結(jié)構(gòu)和精確質(zhì)量是什么樣的？……諸如此類問(wèn)題都需要另一個(gè)靠近孿小星的探測(cè)器來(lái)探明。

赫拉探測(cè)器由獵鷹九號(hào)發(fā)射|圖源：SpaceX

2024年10月7日，歐洲空間局（ESA）的赫拉小行星探測(cè)器（Hera Mission，后文使用簡(jiǎn)稱“赫拉”）由SpaceX的獵鷹九號(hào)火箭發(fā)射升空，踏上了前往孿大星系統(tǒng)征途。它將測(cè)量孿小星的質(zhì)量和軌道變化，對(duì)DART撞擊區(qū)域及周圍地區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的勘探，以評(píng)估行星防御技術(shù)是否已經(jīng)達(dá)到“實(shí)戰(zhàn)”水平。與此同時(shí)，“赫拉”也將測(cè)試若干技術(shù)，如星際自主導(dǎo)航技術(shù)等。

在剛剛過(guò)去的2024年10月底至11月初，赫拉進(jìn)行了首次深空機(jī)動(dòng)，接下來(lái)它將于2025年3月飛掠火星，借助火星的引力加速前進(jìn)。在這次飛掠期間，赫拉與火星的衛(wèi)星火衛(wèi)二的最小距離只有約300公里，這使其可以對(duì)這顆神秘的衛(wèi)星進(jìn)行探測(cè)，同時(shí)對(duì)探測(cè)器上搭載的科學(xué)儀器進(jìn)行測(cè)試，以確保它們?cè)谔綔y(cè)器到達(dá)最終目的地孿大星系統(tǒng)之后能穩(wěn)定運(yùn)行。

赫拉小行星探測(cè)器任務(wù)概覽|圖源：ESA，譯：丁乙

赫拉將于2026年2月進(jìn)行第二次深空機(jī)動(dòng)，同年10月到12月的一系列交會(huì)機(jī)動(dòng)將把赫拉帶到孿大星系統(tǒng)附近，并于2026年12月進(jìn)入環(huán)繞孿大星的軌道。赫拉將在2027年開(kāi)始對(duì)孿小星進(jìn)行詳細(xì)地探測(cè)。

赫拉的結(jié)構(gòu)|圖源：wikipedia

為了全面表征孿小星的特征，赫拉搭載了5臺(tái)主要科學(xué)儀器，包括兩個(gè)用于可見(jiàn)光成像的小行星成像相機(jī)（AFC）、用于光譜成像的高光譜成像儀（HyperScout-H）、用于測(cè)量高度的行星高度計(jì)（PALT）、用于熱紅外成像的紅外成像儀（TIRI）以及用于測(cè)量小行星質(zhì)量、重力場(chǎng)和旋轉(zhuǎn)速度等特征的X波段無(wú)線電科學(xué)儀（X-DST）。

兩顆立方星將與赫拉協(xié)同探測(cè)|圖源：ESA

赫拉還攜帶了兩顆小型衛(wèi)星——朱文塔斯（Juventas）和米拉尼（Milani），它們都是6U立方星，質(zhì)量均為12千克。這兩顆立方星將在赫拉抵達(dá)目的地前釋放，并與赫拉協(xié)同工作。

朱文塔斯立方星工作想象圖|圖源：ESA

朱文塔斯立方星以羅馬神話中的青春女神[相當(dāng)于希臘神話中的赫柏（Hebe），她是天后赫拉的女兒]命名，它的主要目標(biāo)是確定孿小星的物理特征。它攜帶了世界上最小的星載雷達(dá)（JuRa），用于探測(cè)Dimorphos的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。朱文塔斯還配備了一臺(tái)名為GRASS的重力測(cè)量?jī)x，用于測(cè)量小行星重力場(chǎng)的強(qiáng)度。此外，它還攜帶了一部相機(jī)、一個(gè)與赫拉通信的無(wú)線鏈路。該立方星最終將著陸在孿小星表面。

米拉尼立方星工作想象圖|圖源：ESA

米拉尼立方星以意大利天文學(xué)家安德烈·米拉尼[Andrea Milani，行星防御先驅(qū)，他提出了“唐吉珂德”任務(wù)（Don Quijote Mission），該任務(wù)后來(lái)發(fā)展成了DART和赫拉兩項(xiàng)行星防御任務(wù)]命名，它的主要任務(wù)是拍攝圖像，測(cè)量可能存在的塵埃特征。它配備了高光譜成像儀（ASPECT）和熱重分析儀（VISTA），用于獲取小行星表面的高分辨率光譜數(shù)據(jù)，并且對(duì)小行星進(jìn)行彩色光譜成像，評(píng)估其表面成分和周圍塵埃環(huán)境。

在茫茫深空里，赫拉不是孤獨(dú)的探路者，它承載著人類的勇氣、智慧與好奇，前往一個(gè)曾經(jīng)被觸碰的天體，去揭示一次壯觀撞擊后的秘密，回答人類在面對(duì)宇宙威脅時(shí)的根本疑問(wèn)：我們是否有能力守護(hù)自己的星球？

參考資料

(1)再訪被撞小行星,環(huán)球科學(xué),2023,(24):14-14.

(2)李虹琳,黨麗芳,美歐合作的近地小行星防御任務(wù)進(jìn)展,空間碎片研究,2021,21(02):35-39.

(3)Hera，https://www.esa.int/Space_Safety/Hera

(4)Tyvak's Milani Satellite Passes Qualification and Acceptance Review for Hera Missionm,Wireless News,2024.

(5)Michel Patrick et al,The ESA Hera Mission: Detailed Characterization of the DART Impact Outcome and of the Binary Asteroid (65803) Didymos,The Planetary Science Journal,2022,3(7).

(6)Derek Sears et al,The Hera mission: multiple near-earth asteroid sample return,Advances in Space Research,2003,34(11).

(7)European Space Agency,Hera burns towards Mars,phys.org,https://phys.org/news/2024-11-hera-mars.html

有關(guān)赫拉小行星探測(cè)器的更多疑問(wèn)，歡迎大家在評(píng)論區(qū)留言，小星會(huì)為你一一解答哦~