避免人类重演恐龙灭绝，NASA要向小行星发射一枚“炮弹”

这是一次承载改写人类和地球命运的“炮弹”发射。
文｜杜晨 编辑｜Lianzi
如果恐龙当年也有宇航局的话，那么这一物种的命运可能就不会在6500万年前戛然而止。当然，如果真的是那样的话，恐怕也不会有人类的今天……
而在11月24日，NASA 将发射一枚肩负着关键使命的卫星。这次任务的成败，将决定恐龙的命运未来是否某天会在人类的身上再次上演。
美国时间本周三凌晨，一架只有小汽车大小的卫星将搭乘 SpaceX 的猎鹰九号火箭，从加州的范德堡太空部队基地起飞。
到了明年九月底、十月初，这架卫星将作为“动能武器”，与一组孪生小行星系统发生碰撞。
科学家们的期望是，这次撞击能够显著改变该双小行星系统的运行轨迹。这一次任务，目前已经耗资超过3亿美元。它将将检验人类是否具有能力，偏转小行星等其它天文物体的航线，保护地球、人类，以及其它物种。
背景
2013年2月15日，俄罗斯车里雅宾斯克附近的居民经历了一次毕生难忘的天文事件：一枚火流星在乌拉尔联邦管区南部上空进入地球大气层，开始燃烧，最终在车里雅宾斯克市上空爆炸。
这枚陨石直径只有17米左右，质量约7,000吨，爆炸高度估计在30-70千米范围内。就是这样一颗小陨石，其空爆效果造成的气爆冲击波却造成了近1500人不同程度受伤。


陨石爆炸时的画面，来自当地市民行车记录仪


当地建筑物遭到陨石爆炸产生的冲击波影响
人类上一次遭遇陨石爆炸事件还是俄罗斯的通古斯大爆炸，距离今天也超过一百年了。
而2013年的这次小行星撞击事件，给天文学家再次提了个醒：是时候启动“行星防御计划”了。
对于采用卫星撞击小行星的方式进行防御，欧洲航天局 (ESA) 和美国宇航局 (NASA) 原本各自有内部的计划。不过两家机构在2015年签署了一项合作协议，名为“小行星撞击和偏转分析计划”(Asteroid Impact and Deflection Assessment，简称 AIDA)。
两家机构共同选定了撞击测试的目标：Didymos 孪生小行星系统。


Didymos 孪生小行星系统的模型图，来自 NASA
两颗小行星当中，大的那颗叫做 Didymos（狄迪墨斯，中文名“孪大星”），直径约780米；小的名为 Dimorphos（狄墨尔弗斯，又称“孪小星”），直径只有约160米。孪小星绕孪大星每12小时公转一圈。
选择这组小行星作为“行星防御计划”的测试目标，天文学家大概是这样想的：
首先，就算完成了撞击，这两颗小行星也几乎完全没有可能和地球碰撞，适合作为“练武”的对象；
孪小星的质量很小，想要对它产生可观的冲击效果，不需要太大的卫星质量，并且双星之间存在公转关系，小星是大星的“卫星”，距离只有约1.2千米，所以，撞击小星也能对大星的运行轨迹产生显著的影响，实现“四两拨千斤”的效果。


欧盟和美国原本计划于2020年底和2021年底分别发射两枚卫星进行本次任务。其中，欧盟方面的 AIM 轨道器将在环绕大星飞行，分析双星的物质构成并将数据发回地球，并且在最近距离观测未来碰撞的效果。
美国方面的飞行器，也就是明天即将发射的 DART，全称 Double Asteroid Redirection Test，将在明年双星运行到离地球较近距离时，和小星发生碰撞，以偏转双星系统的轨道。
（Dart这个英文单词也具有飞镖的意思，而这组孪生小行星就是我们的标靶。）


后来，欧盟的 AIM 发射任务取消了，双星的物质构成至今未知，而且也没有办法进行碰撞时的近距离观测了。
不过这影响也不是很大，因为双星距离地球较近，预计撞击时只有1100万千米，而且双星环绕的轨道面和地球的黄道面接近，效果观测比较容易，而且完全可以在地面观测。
DART：行星防御计划的第一步
接下来，让我们深入了解一下 DART 撞击器.
DART 的质量只有550千克左右，属于非常轻量、低功能的一台飞行器了，毕竟只是拿来做炮灰用的。它的主要载荷只有少量导航和传感用的传感器，一枚长距离太空观测摄像机。机载的离子推进器可以进行姿态调整，并且最终朝着小星撞去。
值得一提的是，DART 首次采用了一种全新的自动光学导航系统 SMART Nav，让飞行器无需操作员的协助也可以自动导航到预定目标，并且在抵达目标范围后，在备开始撞击到撞击发生之间的几个小时内，SMART Nav 也可以实现自动导航、姿态调整等。


开发人员在检查 DART 的导航系统部件｜NASA
DART 还是第一台采用径向螺旋形线路槽阵列 (Spiral RLSA ) 天线的宇航器。这是一种专门用于深空通讯的高增益天线，能够用深空网络 (Deep Space Network) 的X频段维持 DART 和地面之间的通讯。



DART 本体 ｜NASA
DART 还有一个次要载荷，是一台意大利制造的立方卫星 (CubeSat)，名为 LICIACube，在撞击发生前的10天脱离 DART 主体，用于临时的图像采集观测工作。立方卫星属于“用后即抛”，传回数据后无法回收，成为太空垃圾。
有趣的是，这枚立方卫星上安装了两组相机，分别名为 LUKE 和 LEIA（星球大战主角的名字）。


开发人员在调试 LICIACube 立方卫星 ｜NASA
它们由 NA SA 旗下 的飞行器开发 实验室 APL 负责开发，在马里兰州组装完成，并且已经在上个月抵达了位于加州的范德堡太空部队基地：




DART 在 SpaceX 载荷处理中心，准备安装到火箭上 ｜NASA
目前，DART 已经安装完毕，火箭在4E号发射台准备就绪，静待周三凌晨的发射：


根据计划，当火箭进入太空后，DART 将与火箭脱离，展开太阳能板，绕行地球一周并逐渐变轨，这样继续运行一段时间后，DART 再点火离子推进器，借助地球的引力，使得运行轨道最终和地球公转轨道同步。


那么，等到明年九月底、十月初，也就是这对孪生小行星的轨道距离地球公转轨道最近的时候，DART 将进行变姿点火，贴近目标轨道。
随后，作为次要载荷的立方卫星将被抛出，展开其独立的太阳能板，在目标小行星周围准备拍摄和记录数据。然后在长达数天的时间里，DART 将持续接近小星，并在撞击前的4小时最后一次点火加速，完成最终的“绝唱”，撞向小星。
这次伟大的“牺牲”在瞬时对于小星的公转速度、轨道等方面的影响，可能是微乎其微的。不过如果从宇宙的尺度来看，科学家们认为这次撞击有望对孪生小行星在宇宙中的运动轨迹造成可观的影响。
当然，在此之前，人类还从来没有试过用撞击的方式对小行星的轨道进行偏转。所以这一次任务，也是撞击偏转的首次测试。对于效果，科学家们颇有信心。然而具体撞击的效果还是有待检验。
重写人类和宇宙的关系
人类和其它生物最大区别之一，在于人类具有主观能动性。这是一个我们在初高中学过的哲学理念，说的是人能够能动地认识、观察世界，总结客观规律，并且利用这些规律，去改造世界。
在过去，人能够改造的世界，仅限于我们生活的地方。后来，随着工业和科技的发展，人类的活动对整个地球的环境造成了极大规模的、深远的影响。今天，我们也已经在月球上留下了脚印、派出无人车和深空探测器去到了火星、木星，和更深的太空，甚至有很大可能在有生之年实现殖民火星。
而在一些天文学家和哲学家的眼中，现在我们试图通过撞击（或者任何其它）的方式去偏转小行星的轨道，保护地球和地球物种的安全，属于人类迄今为止在发挥主观能动性上最大限度的一项举动。
在 DART 项目之前，人类和宇宙的关系仅限于观测和极小的探索。在更大的、宇宙星体和轨道物理的层面上，我们人类在过去一直无能为力，因为在这里，只有引力可以决定一切。而 DART 项目的存在，也是人类在我们能够观察的宇宙当中，首次主动地利用我们观察和总结出的规律，以及我们开发出的科技，去偏转太空中已然存在的物体的运行轨迹。
这种尝试，一旦被验证有效，将意味着人类首次在宇宙运行的基础规则上，添上属于自己的一笔。未来的人类将有望按照自己的意愿，进行更大规模的宇宙星体“调整”。
这些调整，可以是针对地外星体的，甚至也可以将我们自己居住的地球作为对象。因为没准真的在未来，整个太阳系都不再适合生存，我们或许能像《流浪地球》里那样，带着地球，在宇宙里展开一场史诗级的流浪。


《流浪地球》剧照，数百口巨大的行星发动机，将地球变为行星飞船
然而，人类掌握了这样的能力，真的是一件好事吗？
一些哲学家和理论学者担忧，DART 以及未来人类在行星防御方面的更多动作，将设立一个潜在危害不可估量的错误先例。
如果展开联想，首先人类在未来可能会进行更多大尺度、无节制的星体轨道修改行为。而正如《三体》提出的黑暗森林法则那样，如果我们发现地外文明，谁能保证我们不会首先将这种星体轨道修改的能力，当成武器来使用，进而引发更加不可收拾的结局呢？在那样的极端可能性当中，人类自己掌握的能力，反而有可能成为人类灭亡的导火索。
这种行星防御的行为，还有另一层决策机制的问题：谁来决策、公众如何参与，以及如何建立一个健全的机制，确保全人类/所有国家和地区，都能够在这种行星级别的重大决策当中获得并行使话语权？
当然，我们宁愿这些这些思考和批评只是杞人忧天。
至少从行星防御的角度来看，掌握这样的能力是至关重要的。目前，直径大于500英尺（约152米）的近地小行星的数量已经达到了上万颗。虽然已知未来一个世纪内地球遭到这一尺寸小行星撞击的可能性为零，但谁也不知道地外是否有人类尚未发现和观察到的小行星正在袭来。
而从前文提到的车里雅宾斯克小行星撞击事件，已经可以看出，即使是一颗超小尺寸的陨石，甚至都没有着陆，只是在空中爆炸，都已经足以造成地区级别的重大人员伤亡和财产损失。
未雨绸缪，总比坐以待毙好得多。
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