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北京時間2022年9月27日，對名為狄莫佛斯（Dimorphos）和狄迪莫斯（Didymos）的兩顆小行星來說，這原本應(yīng)是它們悠閑的太陽系游蕩生活里，數(shù)十億年如一日的、平平無奇的一天。

兩顆小行星組成了一個雙星系統(tǒng)，中文也把它們譯作孿小星和孿大星。

孿小星（Dimorphos，直徑約160米）和它的主星孿大星（Didymos，直徑約780米），由DART探測器搭載的DRACO相機在距離小行星約920千米處拍攝 | NASA/Johns Hopkins APL [1]

然而，就在這一天的清晨7點14分（北京時間），這份寧靜被一枚突然飛來的人類航天器生生打破。上一秒還 吃著火鍋唱著歌 好端端的孿小星，下一秒就被航天器以超6千米/秒的高速迎頭撞上。

肇事航天器的機載“行車記錄儀”忠實地拍下了這場太空事故發(fā)生前的場景。

孿小星（小的那個）被撞前最后5分半鐘的場景，由肇事航天器DART搭載的DRACO相機拍攝。除最后6幀外，視頻其他部分做了10倍加速處理。視頻后半部分，隨著DART的靠近，孿小星逐漸占滿整個屏幕，直至最后一張照片只傳回了一小部分，DART航天器就撞擊身亡了 | NASA/Johns Hopkins APL [1]

事故發(fā)生后，當事雙方均情緒穩(wěn)定，畢竟肇事航天器已在事故中粉身碎骨，孿小星只能無奈地接受自己突然被改變的“星生”。

正如6600萬年前，地球上那群被小行星改變命運的恐龍們一樣。

目前關(guān)于恐龍滅絕的最為主流的假說，是6600萬年前一顆直徑超過10千米的小行星/彗星在墨西哥尤卡坦半島撞出了一個直徑超過200千米的隕石坑，并且劇烈影響了當時整個地球的大氣和生態(tài)環(huán)境，進而引起了包括大部分恐龍在內(nèi)的眾多動植物的滅絕——這就是地球上第五次生物大滅絕事件，史稱“白堊紀末大滅絕” | stock.adobe.com

好消息是，孿小星上沒有任何生命存在，因此沒有生命在這次事故中受到傷害。只不過，大塊頭的地球被小撞一下巋然不動，這顆直徑160米的小行星就弱小多了，更容易被外力改變。

DART探測器和小行星Dimorphos示意圖的大小對比 | 改編自NASA/Johns Hopkins APL [2]

在被撞擊后的一個月里，孿小星的外形和軌道都發(fā)生了顯著的變化——肇事航天器DART（全稱“雙小行星重定向測試任務(wù)”）千里迢迢太空跋涉10個月來撞擊小行星，正是為了造成這些變化。（關(guān)于DART任務(wù)的發(fā)射和基本情況詳見：撞小行星，為恐龍復(fù)仇！人類啟動首次行星防御演習(xí)）

（上）雙小行星重定向測試任務(wù)DART撞擊小行星示意圖；
（下）DART航天器外形實拍，卷軸式太陽能電池板尚未展開 |

NASA/Johns Hopkins APL [2]

事故現(xiàn)場

2022年9月11日，實施撞擊的15天前，DART航天器預(yù)先分離出一顆立方星LICIACube（念LEE-cha-cube）。

這顆6U立方星由意大利空間局研制，可以用自己的推進系統(tǒng)調(diào)整軌道（推力50mN、比沖40s），在撞擊發(fā)生的幾分鐘后近距離飛掠孿小星，用自己攜帶的相機確認撞擊情況。

（上）DART探測器分離立方星LICIACube示意動畫 | NASA/Johns Hopkins APL [2]

（下）LICIACube立方星實拍 | NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman [3]

立方星LICIACube上搭載了兩臺光學(xué)相機：窄視場的黑白相機LEIA和寬視場的彩色（RGB-IR）相機LUKE。

撞擊發(fā)生165秒后，LICIACube近距離飛掠事故現(xiàn)場，在DART航天器陣亡之后接力完成了對孿小星的觀測。

LUKE相機拍攝到撞擊發(fā)生后，大量被撞出的物質(zhì)從孿小星的四周濺射而出，宛如“煙花”一般在太空中“綻放”開來。

立方星LICIACube逐漸靠近又遠離兩顆小行星的畫面，下方的是孿小星，距雙星系統(tǒng)最近時距離僅有56.7公里 | ASI/NASA [2]

LEIA相機也拍攝到：孿小星在被撞后迅速變亮。

亮度變化不大的是孿大星，看樣子倒是沒有受到什么牽連，拍攝于1020公里距離處 | ASI/NASA [2]

在立方星LICIACube最早發(fā)布的影像里，兩顆小行星嚴重過曝，顯得這個意大利的相機不太聰明的亞子。

ASI/NASA/Alexandra Witze [4]

好在這些影像處理處理效果還是很驚艷的，被撞出的濺射物在孿小星周圍形成的輻射線都清晰可辨，延伸出數(shù)倍于小行星直徑的范圍。

ASI/NASA/APL [5]

DART撞上孿小星時，質(zhì)量只有大約570千克，據(jù)估算還不到孿小星質(zhì)量的100萬分之一。明明只是“蚍蜉”撞“大樹”，卻能造成如此“慘烈”的事故現(xiàn)場，這一方面是超過6 千米/秒的撞擊速度屬實可觀，另一方面，也得“怪”孿小星自己不夠結(jié)實。

在DART航天器撞擊前傳回的的孿小星近距離影像里，這顆直徑約160米的小行星表面碎石嶙峋，是一類典型的被稱為“碎石堆型”（rubble pile）的小行星。

DART探測器攜帶的DRACO相機在撞擊前11秒，距離孿小星68公里處拍攝的孿小星表面 | NASA/Johns Hopkins APL [1]

這類小行星質(zhì)地松散，密度低，孔隙率高，可以理解為是眾多大大小小的石塊通過微弱的引力聚集在一起形成的小行星。石塊彼此之間的“粘合力”很弱，隨便被撞一下，抖幾抖，都可能會簌簌地掉落。

因此，當行星科學(xué)家看到孿小星表面的影像時，就已經(jīng)對孿小星慘烈的事故現(xiàn)場有充分的心理預(yù)期了。畢竟，在此之前，人類航天器已經(jīng)近距離探訪過好幾顆碎石堆型小行星，對它們的性質(zhì)相當不陌生了。

我們之前介紹過的，隼鳥號探訪過的糸川（535 米 × 294 米 × 209 米）、隼鳥2號探訪過的龍宮（直徑約900米）、冥王號探訪過的貝努（直徑約500米），都是碎石堆型小行星。

JAXA、NASA

如果忽略亮度和色調(diào)上的差異（孿小星是S型，貝努是C型，成分不同），你甚至一時難以分辨這到底是哪顆小行星的表面。

（上）DART探測器DRACO相機撞擊前拍攝的孿小星表面，圖幅約30米 | NASA/JHUAPL/JPMajor [6]

（下）冥王號PolyCam相機2019年3月21日拍攝的小行星貝努表面。圖幅48.3米，左上角亮色石塊7.4米寬 | NASA/Goddard/University of Arizona [7]

近些年對小行星的地基和抵近探測證據(jù)表明，**直徑在百米量級的小行星大多都是這樣質(zhì)地疏松的“碎石堆”結(jié)構(gòu)。**這對人類來說是個好消息——這類小行星是“虛胖”的，即使將來萬一要來撞地球了，人類科技也能相對容易地改變甚至摧毀它們。

總之，近距離確認完事故現(xiàn)場之后，立方星LICIACube事了拂衣去，從此離開了這對雙小行星。

接下來，就交給地球望遠鏡們吃瓜看戲了。

地球望遠鏡各顯神通

為了好好觀察這次難得的撞擊，眾多地基望遠鏡和環(huán)繞地球的空間望遠鏡都摩拳擦掌，嚴陣以待。在這些望遠鏡的觀測分辨率下，孿大星和孿小星無法分辨開來，因此我們看到的是雙星系統(tǒng)整體的亮度變化。

計劃開展孿小星撞后觀測的地基和空間望遠鏡分布，當然，有些最終沒有成功拍到 | Johns Hopkins University Applied Physics Lab

以下是 秀裝備 成果展示時間：

撞擊發(fā)生時，當?shù)貢r間已經(jīng)天亮了的地方當然是拍不到啥的（畢竟已經(jīng)北京時間早上7點多了喂）；當?shù)貢r間還是夜晚的地區(qū)里，位于地球南半球的望遠鏡觀測條件更為優(yōu)越，因此也更容易抓住撞擊前后的珍貴瞬間。

意大利的虛擬望遠鏡計劃使用南非Klien Karoo天文臺12寸望遠鏡，跟蹤拍攝到了撞擊發(fā)生前后孿大星-孿小星系統(tǒng)的亮度變化，可以明顯看到撞擊之后噴出的物質(zhì)像云團一樣籠罩在雙星系統(tǒng)的左側(cè)。

撞擊時刻是UTC時間2022年09月26日23:14，動圖持續(xù)時間是23:07-23:26共19分鐘，濺射物在大約23:19開始出現(xiàn) | Gianluca Masi (Virtual Telescope), Berto Monard (Klein Karoo Observatory) [8]

動圖，移動的小點是孿大星-孿小星系統(tǒng)。

Gianluca Masi (Virtual Telescope), Berto Monard (Klein Karoo Observatory) [8]

位于印度洋留尼汪島上的Les Makes天文臺拍攝到：小行星幾乎在被撞的瞬間就開始變亮，數(shù)秒后就已經(jīng)非常明亮，撞擊拋出的濺射物不到一分鐘就擴散成了云團一般的形態(tài)，并開始向東運動并慢慢消散。

Les Makes天文臺拍攝的撞擊發(fā)生幾秒后到半個小時里，雙星系統(tǒng)亮度的劇烈變化。反復(fù)播放了3遍 | Les Makes observatory, J. Berthier, F. Vachier / T. Santana-Ros / ESA NEOCC, D. F?hring, E. Petrescu, M. Micheli [9]

南非天文臺（SAAO）和致力于小行星巡天的ATLAS計劃（Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System）也分別拍攝到了類似的景象。

南非天文臺拍攝▼

使用位于南非薩瑟蘭的1米口徑Lesedi望遠鏡拍攝 | Nicolas Erasmus (SAAO) , Amanda Sickafoose (PSI) [11]

ATLAS計劃拍攝▼

使用位于南非薩瑟蘭的0.5米口徑望遠鏡拍攝。ATLAS計劃由NASA和夏威夷大學(xué)共同運營，本次是用位于南非薩瑟蘭的望遠鏡拍攝的，整個動圖持續(xù)時間約2小時 | ATLAS [11]

此外，還有一些小口徑的望遠鏡也拍到了被撞后的雙星變化，例如下面這段在以色列Neot Smadar用11英寸望遠鏡拍到的場景，對如此小口徑的望遠鏡來說，效果可以稱得上驚人。

拍攝：Eran Ofek and David Polishook [12]

但相比于地基望遠鏡，更驚艷的還得看NASA的空間望遠鏡雙壁：哈勃和詹姆斯?韋布。撞擊后的幾個小時里，兩臺空間望遠鏡分別拍攝到了雙星系統(tǒng)在可見光和紅外波段的照片，撞擊飛濺出的物質(zhì)明亮耀眼。這也是兩大望遠鏡首次同時觀測太空中的同一個目標。

哈勃（左，可見光波段）和詹姆斯韋布（右，紅外波段）空間望遠鏡拍攝的被撞后幾小時的雙星系統(tǒng)，可見雙星四周撞擊飛濺出的物質(zhì)形成的明亮輻射線 | NASA, ESA, CSA, Jian-Yang Li (PSI), Cristina Thomas (Northern Arizona University), Ian Wong (NASA-GSFC), Joseph DePasquale (STScI), Alyssa Pagan (STScI) [13]

哈勃在撞擊前后的首輪觀測中共拍攝了45張影像，清晰記錄下孿小星在被撞后，周圍飛濺出的濺射物逐漸變多，逐漸變亮的過程。這些明亮的濺射物條紋在撞擊發(fā)生的8個小時后還沒有減弱。

哈勃空間望遠鏡拍攝的孿小星被撞后22分鐘（左）、5小時（中）和8.2小時（右）后濺射物的變化，左側(cè)為DART航天器的撞擊方向 | NASA, ESA, 李薦揚 (PSI), Alyssa Pagan (STScI) [13]

動圖更明顯▼

哈勃空間望遠鏡在孿小星被撞后22分鐘、5小時和8.2小時拍攝的三張影像合成的動圖，孿大星-孿小星系統(tǒng)的亮度增加了3倍 | NASA, ESA, Jian-Yang Li (PSI), Alyssa Pagan (STScI) [13]

韋布在撞擊前后開展了5個小時的觀測，首輪共拍攝了10張影像，紅外波段下濺射物的擴散規(guī)模更大，這是因為相比于可見光，紅外波段下能夠看到更多塵埃。（塵埃的亮度在紅外波段與其尺寸的平方成正比，在可見光波段與其尺寸的平方和反照率的乘積成正比，小天體塵埃顆粒在可見光波段的反照率都很低，因此在紅外波段更亮。）

韋布空間望遠鏡在孿小星被撞后5小時里拍攝的多張影像合成的動圖 | NASA, ESA, CSA, Cristina Thomas (Northern Arizona University), Ian Wong (NASA-GSFC), Joseph DePasquale (STScI) [13]

受限于地理位置，以及望遠鏡性能、天氣等因素的限制，最終只有少數(shù)幸運的地基望遠鏡成功拍攝到了撞后幾分鐘的變化。好在撞出的“煙花”夠大夠持久，其他地基望遠鏡也有事后拍攝到的機會。

例如：

撞擊發(fā)生22個小時后，星明天文臺用0.6米口徑的NEXT望遠鏡拍攝到了孿大星-孿小星系統(tǒng)。盡管雙星系統(tǒng)此時的位置對位于新疆的NEXT望遠鏡來說觀測條件并不理想，但影像中還是能看明顯到一些撞出的濺射物羽流。

NEXT望遠鏡全稱“寧波市教育局-新疆天文臺望遠鏡”，主要目標為小行星、變星測光、GRB快速反應(yīng)觀測。撞擊時刻是UTC時間2022年09月26日23:14，此圖的觀測時間是UTC時間9月27日21:31-22:30 | @新疆高興天文 拍攝，@交阯越人 供圖

撞擊發(fā)生29個小時后，位于智利的望遠鏡在線天文臺（Telescope Live Observatory）拍攝到雙星系統(tǒng)周圍環(huán)繞的濺射物，而且隱隱可見其中一個方向的濺射物開始拉長。

E. Guido, M. Rocchetto, G. Savini, S. Fossey, Telescope Live [14]

孿小星又開始變身了。

長出了“尾巴”，還是兩條

撞擊兩天后，位于智利的SOAR望遠鏡拍攝到：孿小星附近飛出的撞擊濺射物微弱了不少，但還沒有完全消散。一條超過9600千米長的“尾巴”已然形成，這是一部分濺射出的塵埃被太陽輻射壓力“推動”產(chǎn)生的，類似彗星的“尾巴”。

SOAR望遠鏡由美國光學(xué)-紅外天文學(xué)研究實驗室（NOIRLab）運營 | CTIO /NOIRLab /SOAR /NSF /AURA /T. Kareta (Lowell Observatory), M. Knight (US Naval Academy) [5]

更奇妙的是，2022年10月8日，撞擊發(fā)生285個小時后，哈勃空間望遠鏡發(fā)現(xiàn)：孿小星竟然又長出了第二條“尾巴”！

塵埃尾之外其他方向的藍色輻射狀條紋是衍射紋，也就是哈勃望遠鏡拍出來的所謂“星芒” | 改編自：NASA/ESA/STScI/Hubble [15]

兩條“尾巴”至少持續(xù)到哈勃10月11日的觀測時都還清晰可辨。

哈勃空間望遠鏡WFC3相機在2022年10月8日和11日拍攝的雙星系統(tǒng)影像對比，DART航天器的撞擊來自10點鐘方向，兩條“尾巴”向著太陽-小行星連線的延長線方向延伸 | NASA, ESA, STScI, Jian-Yang Li (PSI)/Joseph DePasquale [15]

雖說長出尾巴這種事，對彗星來說是常規(guī)操作，但彗尾和孿小星的尾巴還是挺不一樣的。

彗星在飛到太陽附近的時候，彗核中被低溫封印住的揮發(fā)物和塵埃會被太陽喚醒，生出云團一般的彗發(fā)和長長的彗尾。彗尾也常常分叉成兩條：一條是太陽風推動彗發(fā)中的氣體和等離子形成的“氣體尾”（gas tail），也叫“離子尾”（ion tail），出現(xiàn)在背向太陽的方向；另一條是太陽輻射壓力推動彗發(fā)中的塵埃顆粒形成的“塵埃尾”（dust tail），大體出現(xiàn)在彗星飛行軌跡的后方和離子尾之間。

離子尾（Gas tail）和塵埃尾（Dust tail）方向示意圖 | Юкатан

因為不同大小的塵埃顆粒受太陽輻射壓力的影響不同，塵埃尾通常分布范圍更廣，還有一定的弧度。

彗星的離子尾（藍色）和塵埃尾（黃灰色）| 拍攝：Jerry Lodriguss

但孿小星的尾巴顯然不是揮發(fā)產(chǎn)生的，兩條塵埃尾與彗星典型的塵埃尾和離子尾形態(tài)也有明顯差異。對孿小星來說，生出兩條塵埃尾怎么回事？個中緣由，行星科學(xué)家目前還在探索之中。

真的變短了！

“煙花”固然好看，但DART任務(wù)千里迢迢跑來撞小行星，可不止這一點小野心。

它想知道的是：人類航天器通過有限能量的主動撞擊，能讓小行星的軌道改變多少。這樣將來萬一真的有小行星來撞地球，人類也好對自己的科技水平可否與小行星一戰(zhàn)心中有數(shù)。

這也是全稱“雙小行星重定向”的DART任務(wù)選中孿小星作為撞擊目標的主要原因：雙小行星系統(tǒng)的軌道變化更容易觀測到。

按照原本的計算，DART航天器此次撞擊可以將孿小星在雙星系統(tǒng)中的軌道周期從原本的11小時55分鐘再縮短上好幾分鐘。

對如何觀測到這幾分鐘的微小周期變化，DART任務(wù)團隊也早有安排。

小行星雖然不發(fā)光，但能反射太陽光。對于孿大星-孿小星雙星系統(tǒng)，當孿小星飛入孿大星的陰影時，兩顆小行星總體的反射亮度會有一個較大的降低；當孿小星飛過孿大星前方時，又會周期性地遮擋住一部分孿大星的反射光（也就是“凌”），導(dǎo)致雙星總體的亮度有一個較小程度的降低。

地基天文望遠鏡通過持續(xù)觀測雙星系統(tǒng)的亮度，就可以通過亮度變化的周期來確認撞擊發(fā)生之后伴星孿小星環(huán)繞主星孿大星的新周期——這可比觀測一顆孤零零的小行星微小的軌道變化要容易多了。

孿小星環(huán)繞孿大星的過程中，從地球看到的雙星系統(tǒng)亮度變化示意圖。通過持續(xù)監(jiān)測亮度，地面望遠鏡便可以測定孿小星的軌道周期 | NASA/APL/UMD [5]

然而，最終觀測到的周期變化還是大大超出了DART任務(wù)的預(yù)期。

經(jīng)過長達十多天的反復(fù)觀測，遍布全世界的多個天文臺、大學(xué)和科研機構(gòu)協(xié)作，共同觀測出了孿小星被撞后的新周期：11小時23分鐘——不僅真的變短了，而且變****短了足足32分鐘！

2022年9月27日到10月6日期間測量的孿大星-孿小星系統(tǒng)的亮度變化信息 | NASA、約翰霍普金斯APL、捷克科學(xué)院天文研究所、羅威爾天文臺、JPL、拉斯坎布雷斯天文臺、拉斯坎帕納斯天文臺、歐洲南方天文臺丹麥1.54米望遠鏡、愛丁堡大學(xué)、開放大學(xué)、圣康塞普西翁天主教大學(xué)、首爾國立天文臺、安托法加斯塔大學(xué)、漢堡大學(xué)、北亞利桑那大學(xué) [5]

除了亮度觀測，NASA位于加利福利亞州的戈德斯通行星雷達和美國國家基金會位于西維吉尼亞州的綠岸天文臺，也通過雷達對雙星系統(tǒng)的位置變化進行了觀測，證實孿小星的軌道周期確實已經(jīng)被改變了。 誰叫之前觀測孿大星-孿小星系統(tǒng)的阿雷西博天文臺倒閉了呢。

2022年10月4日和9日，雙星系統(tǒng)雷達影像中的位置變化，如下圖所示。

2022年10月4日的數(shù)據(jù)由NASA戈德斯通行星雷達觀測，10月9日的數(shù)據(jù)由戈德斯通和綠岸天文臺雷達聯(lián)合觀測 | 改編自：NASA/Johns Hopkins APL/JPL/NASA JPL Goldstone Planetary Radar/National Science Foundation’s Green Bank Observatory [5]

在這兩天的雷達影像中，孿小星都沒有出現(xiàn)在原本應(yīng)該出現(xiàn)的位置。

改編自：NASA/Johns Hopkins APL/JPL/NASA JPL Goldstone Planetary Radar/National Science Foundation’s Green Bank Observatory [5]

**總之，明明白白，清楚無疑，**人類首次行星防御任務(wù)大獲成功，這顆小行星的軌道確實被改變了。

一如它的星生，從被DART任務(wù)選中來撞擊的那一刻起，它就再也不是茫茫星海里一顆籍籍無名的小行星了。

一個月后：“尾巴”還在，只是…

對孿小星的觀測還沒有停止。

盡管孿小星周圍的濺射物“云團”已經(jīng)逐漸散去，但形成的塵埃尾格外持久。

10月26日（北京時間），撞擊發(fā)生29天后，星明天文臺NEXT望遠鏡拍到的孿小星長長的“尾巴”。

圖中為UTC時間 | @新疆高興天文 拍攝，@交阯越人 供圖

10月27日，撞擊發(fā)生一個月后，意大利斯基亞帕雷利天文臺84厘米口徑望遠鏡拍到的孿小星“尾巴”。

Luca Buzzi, Andrea Aletti

這條塵埃尾還會持續(xù)多久？碎石堆型小行星有多容易噴射出砂礫和塵埃，變身為拖著尾巴的“活躍小行星”？這些都是值得行星科學(xué)家進一步觀測和探討的課題。

只是，所有關(guān)于孿小星表面的故事，都暫時停止在了DART航天器撞擊的那一刻。

沒有任何一個地基或空間望遠鏡，有能力拍攝到孿小星表面的高清影像。DART航天器的撞擊到底把孿小星表面撞成了啥樣，只能等待它的繼任者，歐空局的赫拉號來揭開謎底。

赫拉號計劃于2024年搭乘SpaceX獵鷹9號火箭發(fā)射，2026年抵達孿大星-孿小星系統(tǒng)。屆時，這對小行星將成為首對被人類探測器兩度近距離探測過的小行星。

赫拉號探測孿小星示意圖 | ESA

正如這張DART任務(wù)在撞擊前的最后一刻努力傳回，但最終沒能傳完的照片，仿佛在無聲訴說著“未完待續(xù)”，期盼著新的探測器來續(xù)寫輝煌。

DART探測器傳回的最后一張影像，由DART探測器搭載的DRACO相機在撞擊前1秒拍攝，此時航天器距離小行星表面約6千米。紅色部分是尚未傳回就中斷的影像 | NASA/Johns Hopkins APL [1]

參考文獻

[1] NASA | DART’s Final Images Prior to Impact

https://www.nasa.gov/feature/dart-s-final-images-prior-to-impact

[2] https://dart.jhuapl.edu/Gallery/

[3] NASA | DART Gets Its CubeSat Companion, Its Last Major Piece

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