解码小行星内部的方法可以帮助瞄准小行星偏转任务

美国宇航局的补给任务将科学实验带到空间站——抛物线

新闻——美国宇航局在 9 月下旬通过双小行星重定向测试 DART 击中了靶心,该测试将一艘航天器直接飞向附近一颗小行星的中心。 单向神风敢死队任务撞上了体育场大小的太空岩石,并成功重置了小行星的轨道。 DART 是对行星防御战略的第一次测试,表明科学家可能会偏转一颗朝向地球的小行星。

现在,麻省理工学院的研究人员有了一种工具,可以改进未来小行星瞄准任务的目标。 该团队开发了一种绘制小行星内部结构或密度分布的方法,该方法基于小行星与地球等更大质量物体近距离接触时的自旋变化。

了解小行星内部的密度分布情况可以帮助科学家制定最有效的防御措施。 例如,如果一颗小行星是由相对轻且均匀的物质构成的,那么类似 DART 的航天器的瞄准目标可能与它偏转一颗内部密度更大、不平衡的小行星的目标不同。

“如果你知道小行星的密度分布,你可以在正确的位置击中它,这样它就会真正移开,”22 岁的 Jack Dinsmore 说,他在麻省理工学院主修物理学时开发了新的小行星测绘技术。

该团队渴望将这种方法应用于阿波菲斯,这是一颗近地小行星,据估计,如果它产生影响,将构成重大危险。 至少一个世纪以来,科学家们已经排除了阿波菲斯下一次飞越期间发生碰撞的可能性。 除此之外,他们的预测变得模糊。

“阿波菲斯将在 2029 年错过地球,科学家们已经为接下来的几次相遇清除了它,但我们不能永远清除它,”现在是斯坦福大学研究生的 Dinsmore 说。 “所以,了解这颗特殊小行星的性质是件好事,因为如果我们需要重新引导它,了解它的构成很重要。”

Dinsmore 和麻省理工学院地球、大气和行星科学系 (EAPS) 助理教授 Julien de Wit 在今天发表在 皇家天文学会月报。

旋转煮沸与生

该团队小行星测绘方法的种子源于去年 Dinsmore 上的麻省理工学院课程,由 de Wit 教授。 12.401(行星科学基础)课程介绍太阳系中行星、小行星和其他天体的基本原理和形成机制。 作为最后一个项目,Dinsmore 探索了小行星在近距离接触时的行为方式。

在课堂上,他编写了一个代码来模拟小行星的各种形状和大小,以及它们的轨道和自旋动力学在受到地球等更大质量物体的引力影响时如何变化。

“我最初只是想问,当小行星经过地球时会发生什么? 它有反应吗? 因为我不确定,”Dinsmore 回忆道。 “答案是,它确实在很大程度上取决于小行星的形状和物理特性。”

最初的认识引发了另一个问题:小行星近距离接触的动力学是否可以用来预测它的形状和大小,以及它的内部构成? 为了得到答案,Dinsmore 通过麻省理工学院本科生研究机会计划 (UROP) 与 de Wit 一起继续该项目,该计划使学生能够与教员一起进行原创研究。

他和德威特更深入地研究了近距离接触的动态,编写了一个更复杂的代码,他们用它来模拟一个由不同小行星组成的动物园,每个小行星都有不同的大小、形状和内部组成或密度分布. 然后,他们向前运行模拟,以查看每颗小行星在靠近具有一定质量和引力的物体时应该如何摆动或移动。

“这类似于你如何区分生鸡蛋和煮鸡蛋,”de Wit 说。 “如果你旋转鸡蛋,鸡蛋会根据其内部特性做出不同的反应和旋转。 在近距离接触中的小行星也是如此:你可以通过观察它在飞越过程中对强大引力的反应如何了解内部正在发生的事情。”

一场势均力敌的比赛

该团队正在一个新的软件“工具包”中展示他们的结果,他们将其命名为 AIME,用于来自 Encounters 的小行星内部映射(首字母缩写词在法语中也翻译为“爱”)。 该软件可用于重建小行星的内部密度分布,通过在近距离接触期间观察小行星的自旋变化。

研究人员表示,如果科学家们能够在近距离接触期间对小行星及其自旋动力学进行更详细的测量,这些测量结果可用于改进 AIME 对小行星内部的重建。

他们说,他们最好的机会可能来自 Apophis。 在即将到来的近距离接触中,德维特和丁斯莫尔希望天文学家将他们的望远镜对准这块太空岩石,以测量它的大小、形状和自旋演化。 然后,他们可以将这些测量结果输入 AIME 以找到匹配项——一颗与 Apophis 具有相同大小、形状和自旋动力学的模拟小行星,它也与特定的内部密度分布有关。

“然后,使用 AIME,您可以发布最有可能代表 Apophis 内部的密度图,”Dinsmore 说。

“了解小行星的内部特性有助于我们了解近距离接触可能受到关注的程度,以及如何处理它们,以及它们形成的位置以及它们是如何到达这里的,”de Wit 补充道。 “现在有了这个框架,就有了一种观察小行星内部的新方法。”

这项研究部分得到了麻省理工学院 UROP 办公室的支持。

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