我們不願像恐龍那樣滅絕！小行星撞擊應對計劃-DART 項目

2020-10-27 愛科學的M叔

文/M叔

圖侵刪

1987這一年，所有的天文學家都驚出一身冷汗，一個直徑804米的小行星衝向地球，好在它以距離地球100多萬公裡的地方划過，並未被地球的引力捕獲，總算有驚無險。

不過有科學家計算過，假如這種大小的行星撞上地球，其衝擊力帶來的破壞，相當於在撞擊處同時引爆兩萬個氫彈（按100萬噸TNT爆炸威力同等的氫彈折算），那對人類來說簡直就是噩夢。

自此，NASA和ESA（歐洲太空總署）就開始了謀劃地球防禦計劃。


1994年，蘇梅克—列維9號彗星（SL9）被木星引力捕獲，木星的巨大引力將SL9撕扯成21塊碎片。隨後7月17日4時15分到22日8時12分的5天多時間內，這21一塊陸續徑直撞向木星，在130多個小時裡，爆炸一直在木星表面發生，其威力總和等於在木星引爆了20億顆原子彈。



這是人類首次觀測到太陽系裡行星之間發生碰撞，很多人除了場面帶來的震撼外，更多的是後怕。SL9作為體積較大的小行星，假如撞向的不是木星而是地球，都夠人類毀滅好幾回了。

也正是因為這件事，加速了地球防禦計劃的推進。

地球防禦計劃其中一部分——敢死隊式撞擊

應對小行星撞擊地球，科學家們計劃的是在小行星進入地球引力捕獲範圍前，提前對其進行撞擊，以此改變它的運行軌道，這便是名為Don Quijote的防禦項目。

即使是理論上具有可行性，但缺乏實驗數據，誰也不知道最後成功率有多少。所以在試驗初期，需要兩個太空飛行器進行合作，一個進行撞擊，一個進行觀測。

但這個試驗方案成本實在是太高，一是測試的地點離地球太遠太空飛行器無法回收，意味著每次撞擊試驗都是敢死隊式的有去無回。二是兩個太空飛行器導致載重成本直線上升。

最後，ESA否決了計劃，而NASA並沒有能力獨立完成，計劃被擱置了十年。

不經意間的靈感——DART 項目

一天清晨，一個名為Andy Cheng 的科學家在早起跑步的過程，突然想到了幾年前的Don Quijote項目：為什麼不選擇撞擊雙小行星其中一個，這樣可以不用一個太空飛行器用於觀測，只需要地面觀測另一個小行星就可以判斷撞擊帶來的偏離程度，這樣成本就大大節省下來了。


圖 DART概念計劃圖

他興奮地將想法告訴了他的團隊，不過很快他們就發現尋找試驗目標並不是一件容易事兒。首先，雙小行星並不多見，處在地面可觀測的那就更少了。其次，試驗目標不能太大，否則撞擊帶來的偏離程度不明顯。

幸運的是，他們還是找到了合適的目標，名為迪迪莫斯的雙小行星。2011年，Andy Cheng將方案上報給NASA，並通過了審核，將項目取名為"雙小行星系統重定向測試"（Double Asteroid Redirection Test，DART），而他也成為項目負責人之一。

困難重重的DART項目

迪迪莫斯直徑為1千米，它有個直徑160米的衛星名為迪莫弗斯，以12小時每圈的公轉速度圍繞著迪迪莫斯，以上是人類掌握的全部信息。


圖 迪迪莫斯雙星系統模擬圖像

1千米直徑的迪迪莫斯我們知道它是什麼樣子，但160米直徑的衛星實在太小，人類在地球上根本無法觀察它。

怎麼在幾十公裡外開始加速，然後準確撞上一個你根本看不清的小行星衛星的中心，成了本次行動的最大難題。

遠程協助定位目標，顯然不可能，且不說超遠程傳輸信號延遲和不穩定的問題，光是在地球利用技術手段觀測它的具體位置都是問題。


圖 DART太空飛行器決策部分

於是，科學家們提出讓太空飛行器裝備決策系統，到達目標附近自動定位。這個決策系統由相機 Draco 和智能導航系統 Smart Nav 組成。在撞擊發生的一個小時前，地面科學家不再操作，而由太空飛行器自己通過Draco抓取衛星的形狀及位置，通過自備的AI系統分析，做出調整。這就要求Draco的鏡頭足夠清晰，導航系統足夠精確。

但是常用的光學鏡頭在太空超低溫環境會變形，因此研究人員們研製出了能抵抗低溫帶來扭曲效應的新材料。

新動力技術給DART項目成功提供保障

DART將在距離地球1100萬公裡的位置與迪迪莫斯雙小行星發生相遇，所以強大的動力系統十分必要。

它將在2021年7月下旬，乘坐 SpaceX 獵鷹 9 號運載火箭脫離地心引力。隨後接管航行的將是，與太陽能電池結合的太陽能帆板系統和離子噴射發動機（NEXT-C）。

值得一提的是，這兩個新科技是首次用於實際航行。


圖 離子噴射發動機在真空中進行測試

特別是離子噴射發動機，它使用氙氣作為推進劑。雖然沒有傳統液體推進火箭發動機的強大動力，但它有比衝高、動力轉換效率高等特點，讓太空飛行器可以少攜帶燃料節約載重，特別適合場遠距離太空航行。


而且NEXT-C在最新一輪的太空模擬測試中，面對發射過程中的極端振動以及太空中的極端寒冷等不利因素，各項數據表現得非常優異。

結語：

現在的人們往往有種錯覺，仿佛人類的科學技術已經十分發達。

其實站在宇宙的尺度下，人類是那麼的渺小。無論是小行星撞擊的衝擊力、超新星爆發帶來的超輻射，亦或者太陽的一個噴嚏形成的太陽風，甚至地球自己抖了抖身軀帶來的地震，這些人類都無法承受，脆弱得如螻蟻一般。

幸好，人類還有科學技術這根救命稻草。

DART項目就是人類在這場自衛戰中，抓住救命稻草，打出的第一槍反擊！

相關焦點

  • 恐龍是如何滅絕的?恐龍滅絕的原因,時間,小行星撞擊,隕石,恐龍滅絕的真相​
    恐龍滅絕的原因小行星撞擊假說，又稱阿爾瓦雷斯假說，是1980年由沃爾特-阿爾瓦雷斯及其同事提出對。他們將白堊紀末期的生物大滅絕事件與大約6600萬年前的一次小行星撞擊聯繫在一起。阿爾瓦雷斯認為，白堊紀-舊世生物大滅絕事件中恐龍和許多其他生物的大規模滅絕是由一顆大型小行星撞擊地球造成的。
  • 小行星60度撞擊地球,是恐龍滅絕的原因?人類也面臨滅絕風險?
    在科學之中，恐龍滅絕的原因可以說有很多「假說」，然而對於恐龍來說，「小行星」撞擊地球導致恐龍滅絕是研究最多的。根據《倫敦帝國理工學院》科學研究人員最新模擬數據指出，建立在小行星撞擊地球的基礎上，研究人員們發現這顆小行星是以「最致命的，最大的」角度撞擊了地球，所以導致了恐龍的滅絕。
  • 小行星撞擊是恐龍滅絕主因?恐龍身上還有哪些謎團
    中新網客戶端北京7月3日電(記者 上官雲)體型龐大、動作矯健迅猛……這可能是許多人腦海中對恐龍的第一印象。它們曾是「地球霸主」，但在6600萬年前，卻突然消失了。 日前，「研究稱小行星撞擊地球是恐龍滅絕主因」登上熱搜，引發關注。
  • 導致恐龍滅絕的小行星，撞擊角度非常之「刁鑽」
    小行星撞擊地球可以說是在眾多恐龍滅絕假說中能夠被普遍認同的一種觀點，雖然真正原因到目前還沒有明確的結論。但是，相信隨著人類科學技術水平的不斷提高加上科學工作者們的不斷努力導致恐龍滅絕的謎題終究會被解開的。
  • 6500萬年前，小行星撞擊地球讓恐龍滅絕，如今它又在哪裡？
    在此之前，地球曾經的霸主恐龍統治了地球長達一億六千三百萬年，要知道，我們人類從誕生至今也不過幾百萬年。我們在很小的時候就從書裡，或者電視裡了解了恐龍，為我們了解恐龍滅絕的原因埋下了好奇的種子。那麼，從第一隻恐龍出現，到最後一隻恐龍轟然倒地，這上億年的時間裡究竟發生了什麼，讓它們就此滅絕了呢？
  • 為何導致恐龍滅絕的小行星撞擊陸地，而海洋裡的恐龍也滅絕了呢？
    雖然恐龍統治的時間很長，但是它們只在陸地生存，天上飛的，水裡遊的都不是它們。回到主題，既然小行星在陸地撞擊，為什麼海洋裡的這些巨型動物也滅絕了呢？首先，6500萬年前導致白堊紀-第三紀（K-Pg）大滅絕的小行星被認為是落在海洋裡，而不是落在陸地上，畢竟海洋的面積如此巨大，砸到的概率也更大。
  • 為何導致恐龍滅絕的小行星撞擊陸地,而海洋裡的恐龍也滅絕了呢?
    恐龍在地球上生活了1.2億年，無疑是十分成功的物種，如果沒有極端的環境變化，它們將繼續統治地球。但是，只是在陸地。許多人有一個誤解，認為那個時代的許多巨型動物都是恐龍，其實諸如滄龍、蛇頸龍、魚龍和其他一些水生動物都是屬於海洋爬行動物，是蜥蜴的近親，它們雖然名字裡都有一個「龍」字，但是它們並不屬於恐龍。
  • 恐龍滅絕史:恐龍三大迷團,「小行星撞擊」蘇美爾文明中早有記載
    據說在六千五邊萬年前有一個直徑15km左右的隕石，因為它太大了，所以稱之為小行星，這個小行星撞擊在墨西哥，撞擊速度達每秒20km，每小時7萬公裡，撞擊所產生的能量相當於廣島原子彈的10億倍。通古斯大爆炸也不過是廣島原子彈的一千倍，僅僅一千倍就造成那樣的後果，可想而知10億倍是什麼概念。
  • NASA將要驗證新技術，未來或可應對小行星撞擊，看看他們怎麼做
    在各種災難中人類最恐懼的還是地外天體撞擊地球，因為這很可能導致地球生物的滅絕，同時我們還毫無應對的辦法。在歷史上就曾有先例，6500萬年前一顆直徑10公裡的小行星高速撞擊到地球表面，最終導致了統治地球1.6億年的恐龍整體性滅絕，對於那次毀天滅地的撞擊，科學家進行了模擬，如果發生在現代，人類文明同樣是毫無招架之力，只能眼睜睜地看著。
  • 導致恐龍滅絕的小行星以致命角度撞擊地球
    約6600萬年前，一顆來自宇宙的小行星撞擊地球，釋放出數十億噸的硫磺，激起塵埃漫天遮擋住太陽，引發了核冬天。地球上四分之三的生命死於這場天降的災難，而曾經的地球霸主恐龍也因此滅絕。
  • 恐龍滅絕是因為火山爆發還是小行星撞擊？海洋生物化石給出了答案
    上一次世界末日時，也就是6600萬年前，地球上同時出現了兩大災難：在我們這顆星球的一側，一顆任性的小行星仿佛鐵錘般墜落，穿過尤卡坦半島的邊緣，重重地砸進地殼。這一領域認為，小行星撞擊是白堊紀-第三紀滅絕事件的唯一兇手。相比這場爭論，平切利·赫爾更關注的是研究在這場大事件後，物種是如何復興的。正如赫爾所說：「在不參與任何爭論的情況下仍然有很多研究可以做」。
  • 恐龍滅絕的真正原因是什麼?可能除了小行星撞擊還有火山噴發
    不過，地球生命的演化歷程可並不一帆風順，共經歷了五次生物大滅絕，才有了現在地球的生態系統，有了智慧生命人類。最後一次生物大滅絕事件發生在6600萬年前，也就是我們大家都知道的恐龍大滅絕。地球的生命歷史上，出現過多的生物，它們有的滅絕了，有的通過不斷的進化，適應新的環境而繼續生存。
  • 小行星撞擊令恐龍滅絕,但時間地點、角度都太趕巧了!
    迄今為止，地球已發生過五次大滅絕事件，相信其中最廣為人知的應該是「白堊紀大滅絕。這次滅絕造成了白堊紀末期包括恐龍在內的75％動植物滅絕，因此也叫恐龍大滅絕。關於恐龍滅絕的理論（假說）有很多，比如有人認為是有人認為是火山爆發，有人認為是超新星爆炸所致，但目前學界普遍認同的一個主流理論是小行星撞擊。
  • 6500萬年前小行星撞擊地球造成恐龍滅絕,你知道撞擊點在哪裡嗎?
    在地球歷史上發生過兩次大規模的生物滅絕事件，第一次是在古生代末期，當時60%以上的海生無脊椎動物都滅絕了，脊椎動物中的原始魚類和古老的兩棲類則全部滅絕，蕨類植物明顯衰退。第二次是中生代末期，當時除了統治地球的恐龍滅絕外，海洋中有50%以上的無脊椎動物也都滅絕了。
  • 滅絕恐龍的小行星，撞擊位置和角度似乎經過了精心計算
    為了搞清楚這個問題，科學家們決定利用計算機模擬的方式來深度還原恐龍滅絕的那一天的場景。研究結果表明，滅絕恐龍的小行星，撞擊位置和角度似乎經過了精心計算，為什麼這麼說呢？下面我們就來了解一下。從上述小行星引發的一系列的事件中我們可以看到，遮天蔽日的細小物質所造成的氣候巨變，才是使恐龍滅絕的「罪魁禍首」，這些細小物質一部分來自於火山噴發，一部分來自於森林大火，而更多的則來自於小行星與地球表面的猛烈撞擊。
  • 導致恐龍滅絕的小行星撞到哪了？
    就是如此強大輝煌的恐龍時代，在6500萬年前卻因為一場天外的災難而滅絕了。那場天災就是小行星撞擊地球，科學家稱大約在6500萬年前，一顆直徑達10公裡以上的小行星撞擊了地球，撞擊產生的巨大波動，導致地球迎來了生態劇變，在這場劇變中，地球生命來了第六次生物大滅絕。而恐龍在這場大滅絕事件中沒有活下來，最後都滅絕消失了！！！！
  • 小行星正面撞擊地球,使恐龍滅絕,最後去了哪裡?
    ，想佔領地球，為了保護地球，青貓們在恐龍時代來尋找恐龍的基因但是恐龍已經在6500萬年前滅絕了，青貓們知道不能改變歷史雖然在太空梭上看到小行星進入大氣層，但是小行星墜落導致恐龍全部死亡這個場景不是導演們創造的，「隕石坑撞擊說」是目前恐龍已滅絕的最廣為人知的假說恐龍是從中生代(三疊紀侏羅紀白堊紀)到現在生存的龍形類動物，
  • 巨型小行星撞擊地球或是導致恐龍滅絕的唯一合理解釋
    自相殘殺說因為氣候的變化，導致植物的大量的滅絕，從而以植物為食的恐龍出現滅絕，那些肉食的恐龍沒有了食物，開始變得瘋狂，開始自相殘殺，最後導致滅絕。但最近來自倫敦帝國理工學院，布裡斯託大學，倫敦大學學院的研究人員表明，只有小行星的撞擊，才能創造出讓恐龍無法居住的環境。
  • 恐龍滅絕的真實原因,小行星只是導火線,真正的元兇在地球!
    目前有關於恐龍滅絕最官方的說法，就是當時地球上發生了行星撞擊，導致恐龍全部滅絕，但是話說回來小行星真的是讓恐龍全部滅絕的元兇嗎？其實還真不是，他只是一個導火索，近些年來，人類往往都喜歡研究於外太空，因為在外太空確實有很多未知的東西值得人類去探究，但是人們往往忽略了一個最重要的東西，那就是我們目前是生活在地球上面的，有很多地球上面的東西，到現在還沒有研究透徹，人類就開始研究外太空了，根據科學家們的推測。
  • 恐龍滅絕於小行星撞擊?那顆小行星在哪裡?或許在這個大坑中!
    恐龍滅絕於小行星撞擊？那顆小行星在哪裡？或許在這個大坑中！文/全程科技關於恐龍滅絕的原因，眾說紛紜，有較多支持者的假說有：小行星撞擊說、氣候變遷說、被子植物中毒說、酸雨說、物種鬥爭說、大陸漂移說、地磁變化說等等。其中最為權威的，支持人數最多的當屬小行星撞擊說。