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撰文： ROBIN GEORGE ANDREWS
編譯： 邱彥綸
遲早有一天，人類會發現一顆正朝地球而來的小行星──它可能足以摧毀整座城市，甚至整個國家。因此，美國航太總署在 2022 年進行了一場保衛地球的彩排：刻意讓一艘無人太空船撞向一顆無害的小行星，以改變其運行路徑。
目標是一顆長約 160 公尺的小衛星，名為「迪莫弗斯」（Dimorphos），它繞著一顆長約 780 公尺、名為「迪迪莫斯」（Didymos）的小行星運行。這兩顆小行星都不會對地球構成威脅，而改變這顆較小天體繞其較大伴星的軌道，也不太可能改變這一點。這項名為「雙小行星改道測試」的任務最終取得成功，證明人類有能力讓小行星的軌道偏轉，使其遠離地球。
但天文學家利用望遠鏡對這兩顆小行星進行詳細觀測，結果顯示「雙小行星改道測試」與「迪莫弗斯」的自殺式撞擊力道之大，讓反彈的小衛星對「迪迪莫斯」產生了重力推擠，兩顆小行星因此一起進入了不同的繞日軌道。
換句話說，「當我們如此猛烈地撞擊這顆小衛星時，同時也稍微移動了它旁邊那個巨大的天體，」約翰霍普金斯大學應用物理實驗室（Applied Physics Laboratory）的行星天文學家安迪．里夫金（Andy Rivkin）說，他也是這篇於 3 月 6 日發表在《科學進展》（Science Advances）期刊上的最新研究作者之一。這是人類首次改變小行星繞太陽的軌道。
像迪迪莫斯與迪莫弗斯這樣的雙小行星系統，會繞著共同的重心運動。重心的位置主要由質量較大的天體主導──在這個例子中，就是質量約為其小衛星 200 倍的迪迪莫斯。不過，如果你對較小的那顆天體來上一記重擊，它那位體型更大的「兄弟」同樣也會受到影響。
在 2022 年「雙小行星改道測試」任務撞上迪莫弗斯之前，科學家必須仔細推演任務可能帶來的各種結果，其中甚至包括幾個相當嚴峻的情境。「如果這個實驗不小心讓整個迪迪莫斯系統偏離軌道，最後朝地球飛來怎麼辦？」研究共同作者之一、伊利諾大學厄巴納—香檳分校的行星防禦研究員拉希爾．馬卡迪亞（Rahil Makadia）說：「那顯然不是我們樂見的結果，所以我們必須先把所有可能性都研究清楚。」
研究結果顯示，迪迪莫斯本身不會出現可被偵測到的變化。它確實會「感受到」撞擊發生在迪莫弗斯上的影響，但迪迪莫斯自己的軌道並不會因此移動。
當時，美國航太總署表示，只要「雙小行星改道測試」能讓迪莫弗斯繞迪迪莫斯的軌道改變 73 秒，任務就可被視為成功。但這艘只有廂型車大小的太空船，最後讓這顆小行星的公轉週期縮短了 33 分鐘──這不僅來自「雙小行星改道測試」撞擊本身的動能，也因為撞擊瞬間從「迪莫弗斯」噴發出的岩石碎片，進一步放大了推力。
在任務開始之前，天文學家推測迪莫弗斯可能是一種所謂的「碎石堆」小行星：它並非一整塊巨大的岩石，而更像是一堆巨石的集合，只靠微弱的重力勉強聚攏在一起。若有太空船以每小時 2 萬 2500 公里的速度撞上它，其中一部分物質幾乎無可避免會被剝離，並拋射到太空中。
然而，「雙小行星改道測試」撞擊時釋放出的碎片，遠比任何人預期的都要多。這股噴射出的物質就像火箭噴流一樣，強力地把小行星往反方向推動，其力道也遠超過多數科學家的預測。
「所有目睹這場戲劇性過程的人，腦中都浮現同一個想法：『這一定會帶來意想不到的後果。』」並未參與這項新研究的哈佛—史密森尼天文物理中心（Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics）小行星動力學研究員費德麗卡．斯波托（Federica Spoto）說。如果迪莫弗斯會因為這次太空船撞擊而受到如此深遠的影響，那麼，迪迪莫斯又會發生什麼事呢？
自從「雙小行星改道測試」太空船在 2022 年完成撞擊任務後，馬卡迪亞與他的團隊便利用一種稱為「恆星掩星」（stellar occultation）的技術，持續追蹤迪迪莫斯與迪莫弗斯。這項觀測相當棘手：研究人員必須在正確的時間、用正確的望遠鏡，才能捕捉到天體從遙遠恆星前方掠過的瞬間。當天體暫時遮住星光時，天文學家便能根據星光被遮蔽的情形，推算出它在太空中的移動速度與方向。
透過二十多次恆星掩星觀測，馬卡迪亞的團隊發現這對小行星的速度確實變慢了──但幅度只有每小時 3.5 公分，一隻普通的花園蝸牛移動的速度都還比這快上 1000 倍。
與迪莫弗斯繞行迪迪莫斯軌道出現的明顯變化不同，「迪迪莫斯」繞太陽運行的改變其實極其微小──「整個迪迪莫斯系統在一年之內的移動幅度，大約僅與艾菲爾鐵塔的長度相當。」並未參與這項研究的北亞利桑那大學行星天文學家克莉絲汀娜．湯瑪斯（Cristina Thomas）表示。
「這是一個非常、非常、非常微小的變化。」馬卡迪亞說。不過，隨著時間推移，這些細微的改變可能會逐漸累積，最終大幅改變小行星的軌道。為了確保萬無一失，研究團隊進一步進行計算，模擬「迪迪莫斯」及其小衛星在久遠未來可能到達的位置。
不用擔心。「迪迪莫斯不會撞上地球，我們很安全。」馬卡迪亞說。
這些測量結果顯示，天文學家已經能為了行星防禦的目的，偵測到極其細微的小行星軌道變化。「這非常令人印象深刻。」克莉絲汀娜．湯瑪斯（Cristina Thomas）說。
另一項額外收穫是，迪莫弗斯與迪迪莫斯彼此連動的晃動，讓研究團隊得以更精確地測定兩顆小行星的密度。迪莫弗斯的密度只比水略高一些，這有助於解釋為何當「雙小行星改道測試」撞入時，它的形狀會像流體般改變。相較之下，迪迪莫斯的密度則高得多，更像是一座岩石山體。
如果人類想在未來保護地球，了解不同小行星的密度就十分重要。假如你魯莽地用類似「雙小行星改道測試」的太空船猛烈撞擊像迪莫弗斯這樣的碎石堆小行星，試圖讓它偏離軌道，它可能會碎裂成許多朝地球飛來的碎片。相反地，像迪迪莫斯這樣結構較為堅固的小行星，不會噴出大量碎屑──這表示可能需要多艘類似「雙小行星改道測試」的攔截器，或者一艘攜帶核裝置的太空船，才能達到所需的偏轉效果。
今年稍晚，歐洲太空總署（ESA）的赫拉號（Hera）太空船將抵達迪莫弗斯，對「雙小行星改道測試」撞擊後留下的殘骸進行鑑識調查，這無疑會為人類史上首次行星防禦實驗帶來新的發現。撞擊的太空船或許早在 2022 年就已粉碎，但所留下的大量科學資料，在未來我們發現有小行星正朝地球飛來時，或許能幫助人類保護自己的家園。
