史上第一次，雙小行星改道實驗 DART 成功撞擊小行星

臺北時間9月27日7:14，人類有史以來第一次對行星防禦任務的實地測試：美國航太總署（NASA）的「雙小行星改道實驗」（Double Asteroid Redirection Test , DART）在經過十個月的飛行後，於距離地球 1,100萬公里外的太空中展開。一台大小和自動販賣機差不多、600公斤的探測器，以每秒 6公里，也就是時速 23,500公里的速度撞向一顆與埃及金字塔體積相近，直徑 160米的小行星 Dimorphos, S/2003 (65803) 1，它也是另一顆直徑780米的小行星(65803) Didymos 的衛星。

DART相機所拍攝到 Dimorphos 的倒數第二張，也是最後一張完整的影像，拍攝於撞擊前2秒，影像範圍寬約31米©NASA/Johns Hopkins APL

小行星 Didymos（左上）和它的衛星 Dimorphos，DART攝於撞擊前約2.5分鐘。©NASA/John Hopkins APL)

DART在撞擊前11秒拍攝的 Dimorphos，這也是最後一張 Dimorphos的全景照©NASA/Johns Hopkins APL

當撞擊發生後，畫面停留在最後一格影像時，NASA 的科學家和工程師們爆出熱烈掌聲。科學家們希望藉著這次撞擊，將 Dimorphos 推到距離 Didymos 更近的軌道上，軌道週期也會從原來的11小時55分鐘縮短約10分鐘。如果這次測試成功，這個辦法將可用於對付可能撞擊地球的小行星，讓它偏轉到安全的軌道上。

天文學家選擇 Didymos 和 Dimorphos 這對小行星作為實驗目標，主要原因是在觀測與測量上比較容易，因為兩者在互繞過程中會互掩，科學家便可從其微小的亮度變化中，推算出它們的週期、速度和軌道變化，並從數十年來導彈導引技術的基礎上設計出DART的導航系統，讓DART能在離子推進器的動力下追上目標小行星。

此外與曾在地質歷史上引發大規模滅絕事件的大型小行星相比，較小的小行星襲擊地球的可能性高出幾千倍，雖然小，但其撞擊威力仍足以摧毀一個國家，而地面上的望遠鏡很難發現這些微弱的光點。

這次實驗的另一個困難在於小行星的結構。DART撞擊小行星不像打撞球那樣可以根據彈性力學來進行預估與模擬，因為近年來的探測發現許多小行星其實只是岩石堆。2019年，日本隼鳥2號探測器向龍宮小行星發射了一枚兩公斤重的銅彈，出人意料地炸出了一個直徑14米的大坑，龍宮的表面比預期中脆弱得多。次年，NASA的OSIRIS-REx探測器降落在貝努(Bennu)小行星上，幾乎直接沉下地表。這些都證實了小行星只是碎石堆，由大約大氣壓十萬分之一的壓力固定在一起。 

小行星龍宮這類小星體可能是鬆散固定在一起的碎石堆。R. JAUMANN ET AL., SCIENCE (2019) 10.1126/SCIENCE.AAW8627

科學家推測，若 Dimorphos 也是這樣由數千塊鬆散的岩石組成，那麼撞擊所產生的隕石坑將在幾個小時內形成，不過出乎意料的是，經過電腦模擬，鬆散的瓦礫結構讓DART的撞擊足以重塑整顆小行星，而不是只留下一個撞擊坑。

為了觀測撞擊後的結果，DART配備了一台烤麵包機大小的設備：LICIACube，它將在 DART撞擊幾分鐘後飛掠 Dimorphos，以兩台光學攝影機記錄碰撞後的影像以便確認撞擊、拍攝DART在小行星上留下的撞擊坑影像，以及DART無法拍到的Dimorphos背面影像等。同時詹姆斯・韋伯、哈伯太空望遠鏡以及四個地面觀測站，都將加入輪流監測小行星變化的行列。正如科學家預測，地面望遠鏡也拍攝到碎石堆組成的 Dimorphos，因撞擊而揚起塵雲，並反射陽光而增亮。 

不過 Dimorphos 被撞擊後真正的全貌，要等四年後歐洲太空局的赫拉（Hera）探測器到達後才會揭曉，並對它的表面和質量等進行詳盡的測量，以確其內部結構，並推敲出未來行星防禦任務的最佳對策，如何撞擊小行星使其轉向，但又不至於使其破碎而對地球拋出大量碎片。此外，確認 Dimorphos 的結構也可揭示太陽系行星是如何形成的，因為這些小星體正是行星形成過程的殘餘物。

ATLAS Project, University of Hawai`i/NASA

ATLAS Project, University of Hawai`i/NASA

doi: 10.1126/science.ade8482

「金星女孩」小行星的悲慘命運

目前已經被發現的小行星將近120萬顆，幾乎都分布在地球軌道之外，只有少數幾顆的軌道完全位於地球軌道之內。不過模型顯示，應該還一群更接近太陽的小行星，它們的軌道完全在金星軌道以內，到目前為止，只有一顆在2020年被中央大學、清華大學天文所與加州理工學院合作發現，(594913) Ayló'chaxnim，它的名字在 Luiseño 語（加州原住民之一）中為「金星女孩」之意。

藝術家筆下的Ayló'chaxnim。Image©Pablo Carlos Budassi

從已知的近地小行星群模型推測，位在金星內部的小行星群直徑應該不超過1公里，但從史維基瞬變設備 (Zwicky Transient Facility, ZFT) 的觀測估計 Ayló'chaxnim 直徑有1.7公里，她太大了，不太可能屬於金星內圈的小行星，那麼她是怎麼到達現在的軌道？未來又將如何？能否藉由她找到更多的金星內圈小行星？

不過要搜尋或研究這類小行星非常困難，因為它們的軌道在金星以內，與太陽的離角較小，只有日落（或日出）和天黑間短暫的黃金時間。以 Ayló'chaxnim來說，她的遠日點才0.65 AU，比金星的0.72 AU還小。

加州理工學院的天文學家 Bryce Bolin 所領導的團隊透過 ZFT 觀測，發現它的色調偏紅，與火星和木星間的主小行星帶S型小行星相同，應該是在過去一百萬年左右，從主小行星遷移而來。她也無法在現在的軌道上停留太久，從軌道模擬中看來，在未來 3,000 萬年內，有 90%的機率會在其他行星的引力作用下，與行星或太陽相撞，即使倖存下來，5,000萬年內也有 13%的機率與太陽相撞，與水星、金星、地球、火星相撞的機率則分別為 13%、52%、16%和2%，剩下的4%，最終也是被拋出太陽系。總而言之，Ayló'chaxnim 在 5,000萬年後還存在的機率只有 0.04%！這可能就是金星內圈小行星為何數量少到我們根本無法發現的原因之一。

不過另外一種可能是這群小行星太小了，而且位於離日度很小、觀測困難的區域。雖然 Ayló'chaxnim 比模型預測來得大，但它可能只是特例。

Bolin 表示在太陽離角50度以內的天區尚未被完整搜索，這應該是未來搜尋金星內圈小行星群的重點區域。此外 Bolin 團隊的模擬也顯示，儘管 Ayló'chaxnim 在 5,000萬年內撞上地球的機率只有0.16%，但若還有更多類似的小行星，則總撞擊機率就不可小覷。

由於Ayló'chaxnim是這些小行星中第一個被發現、編號與命名的小行星，研究小組建議將這個群體稱為 Ayló'chaxnim 小行星。

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, arXiv.