ESA将探测史上最小小行星:只有一个金字塔那么大

作为欧洲空间局 (ESA)的小行星防御任务,“赫拉”(Hera)将创造一项新的太空纪录。“赫拉”不仅将是第一个探索双小行星 (binary asteroid)系统的航天器,而且会成为第一个探索最小小行星的航天器,因为在这个双小行星 “迪迪莫斯”(Disymos)中,更小的那个小行星大小的与埃及的胡夫金字塔 (Pyramid of Khufu)大小相当,将成为有史以来被探索的最小的小行星。

两颗小行星孰大孰小从远处看是难以分辨的,需要近距离直接比较。由行星学会 (Planetary Society)所制的著名星体大小比例图,包含了迄今为止航天器探测到所有小行星和彗星数据,再加上 “迪迪莫斯”中较大的那颗小行星作为参照,另一颗娇小的小行星才勉强占据了一个像素的大小。

“迪迪莫斯”双小行星系统的横跨距离只有780m,是除了直径500m的糸川小行星 (Itokawa rubble pile)和直径350m的贝努 (Bennu)以外被探测到的小行星中最小的。糸川由日本第一个隼鸟号 (Hayabusa)航天器登陆探索,贝努则正在NASA的Osiris-REx任务的环轨绕行中。

这使 “迪迪莫斯”中像卫星一样的 “迪迪莫恩”(Didymoon)成为了计划进行机器探测的小行星中最小的一个,直径仅160m。

“赫拉”的首席科学家帕特里克·米歇尔(Patrick Michel)说: “当你看到其他小行星时,‘迪迪莫斯’的尺寸之小就会变得明确了。”帕特里克是法国国家科学研究中心 (Centre National de la RechercheScientifique,CNRS)的研究主任。

帕特里克同时还担任了日本隼鸟2号探究任务的联合调查员和跨学科科学家,隼鸟2号探测器的目标小行星是直径约1km的 “龙宫” (Ryugu):“隼鸟2号拍摄的图像显示,‘龙宫’的北极附近有一块巨石,而且这块巨石就和 ‘迪迪莫恩’大小差不多。“

人类首次行星防御测试

正是由于它如此之小, “迪迪莫恩”才被选为开拓性行星防御实验的研究对象。在2022年,NASA的DART太空船将对 “迪迪莫恩”施加影响,改变它绕较大那颗小行星的运行轨道,以测试小行星偏转的可行性。

“这并不是第一个对行星体施加影响的太空船,”帕特里克补充说, “NASA的深度撞击探测器 (Deep Impact)在2005年坠入了坦普尔1号彗星 (Tempel 1),但不是试图偏转它的运行轨道,而是为了暴露地表之下的物质,毕竟6km的直径实在太大了。但 ‘迪迪莫恩’的直径足够小,并且围绕另一颗小行星的运行轨道也只有12h,它的轨道周期完全可以发生变化,并被探测器测量到。”

在施加影响之后, “赫拉”将在2026年对“迪迪莫斯”双小行星进行探测,收集在地球上观测无法获得的关键信息,包括 “迪迪莫恩”的质量、表面特性以及DART陨石坑的形状。

“这将使我们对所加影响的动量传递能做出很好的估计,传递效率进而就可以作为人为偏转技术的一个指标,”ESA“赫拉”项目的科学家米夏埃尔·屈佩尔斯 (Michael Küppers)解释说,“为了以后设计出更好的偏转任务,这些都是数值影响模型验证的必需基本参数。我们将更好地了解这种技术是否可以应用于更大的小行星,让我们有信心在必要的时候保护我们的地球不被小行星冲撞。”

这一类测试对 “迪迪莫恩”来说意义非凡,因为它如此之小,是最危险的近地小行星之一:比它大的星体会更容易被追踪,比它小的星体则会燃烧殆尽或只造成有限的破坏,而 “迪迪莫恩”这种大小的星体撞击地球,就可能造成地球上一大片区域的毁灭。

低重力的小行星世界

在对其他研究领域的助益上, “迪迪莫斯”系统也具有重要的意义,让我们能够深入了解双小行星系统各个方面的性质,这些双小行星系统大约占据了已知小行星的15%之多。

“‘迪迪莫斯’的自转速度非常快,每两个小时就会自转一圈,”帕特里克说, “在赤道附近,它的弱引力与离心力可以相互抵消,导致赤道上的物质可能从地表上浮起来,这就是 ‘迪迪莫恩’起源的主要理论。因此在赤道登陆是不太可能的,我们不得不在它的南北两极附近着陆。”

“‘迪迪莫恩’的尺寸如此之小,也意味着我们对这颗小行星的各个方面知之甚少,但我们认为它会乖乖地绕着较大的那颗小行星旋转,就像月亮也一直绕着地球旋转一样,这意味着它的自转周期等于公转周期,自转速度也会较低。现在的计划是至少在 ‘迪迪莫恩上’着陆一个立方卫星 (CubeSat),我们需要非常精确的导航来实现这一目标,因为这颗小行星的引力大概只有地球引力的百万分之一,逃逸速度估计只有6cm/s,因此立方卫星极有可能被弹回太空。”

帕特里克认为,对于小行星采矿计划而言,“迪迪莫恩”这样大小的星体还有可能被证明是最佳的采矿对象,因为更大的星体相对较少,而更小的星体则会由于太阳辐射加热而更易快速旋转。

“赫拉”任务目前正在紧密的研究制定中,将由ESA Space19+理事会 (中级部长会议)欧洲空间部长会议批准。计划于2023年发射。

在罗塞塔号 (Rosetta)彗星探测器之后,“赫拉”将成为ESA下一个小型星体探测任务,这也要得益于在罗塞塔号12年的任务里获得的专业数据。长期的规划至关重要,无论是对于未来太空任务的实现还是对于创新技术的持续发展,这都激励着新一代的欧洲科学家和工程师们。

参考

https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Hera/ESA_plans_mission_to_smallest_asteroid_ever_visited

(转自 “NASA爱好者”公众号)