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使用航天器撞擊 人類首次成功改變小行星軌道

【2022年10月14日訊】(記者李言綜合報導)美國國家航空航天局(NASA)週二(10月11日)宣布,其「雙小行星重定向測試」(Double Asteroid Redirection Test ,DART)任務成功地改變了數百萬英里外一顆小行星的軌道。

這是人類第一次有目的地改變天體的運動,也是第一次全面展示小行星偏轉技術。在DART航天器撞擊小行星「迪莫弗斯」(Dimorphos)後,科學家們在兩週內進行的跟蹤分析中發現,動能撞擊使這顆小行星圍繞其母行星「迪迪莫斯」(Didymos)的軌道運行時間縮短了32分鐘。

在此之前,直徑約170米的迪莫弗斯繞著直徑達780米的迪迪莫斯的軌道運行周期為11小時55分鐘。

這一測量方法的不確定性幅度大約為正負兩分鐘。

天文學家用望遠鏡——包括哈勃太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)——測量其周期時間的變化程度。根據NASA的衡量標準,DART任務取得成功的最低要求是使目標小行星迪莫弗斯的軌道周期改變73秒。

NASA局長比爾‧納爾遜(Bill Nelson)則稱這是「行星防禦任務的分水嶺時刻」。他說:「我們所有人都有責任保護我們的星球,畢竟這是我們唯一的家園……這項任務表明,NASA正在努力為宇宙拋給我們的任何事情做準備。」

在DART與迪莫弗斯受控碰撞後,迪莫弗斯和迪迪莫斯都不會對地球構成任何危險。

NASA行星科學部主任洛里‧格萊茲(Lori Glaze)說,當前的觀測結果是了解DART航天器撞擊影響重要的一步。藉助新數據,天文學家更好地評估如何通過類似技術偏轉小行星軌道,從而保護地球免受其撞擊。

NASA說,現在的重點是轉向測量DART大約每小時1.4萬英里的碰撞過程中所產生的動量轉移效率,包括進一步分析撞擊「噴出物」。

美國航空航天局(NASA)哈勃太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)在2022年10月8日釋出的這張圖像顯示,迪莫弗斯小行星(Dimorphos)於9月26日被NASA的DART航天器有意撞擊。科學家們正在繼續對其跟蹤研究,以便更好地了解這顆小行星。(NASA/ESA/STScI/Hubble)

DART航天器於去年發射。它是由約翰‧霍普金斯大學應用物理實驗室(Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory,縮寫為APL)建造、運行的,並由NASA的行星防禦協調辦公室(Planetary Defense Coordination Office)管理這項任務。

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小行星撞擊滅絕75%物種 曾引發全球大海嘯

【2022年10月05日訊】(記者高杉編譯報導)根據一項最新的研究,曾有一顆城市大小的小行星在6600萬年前撞向地球。它不僅毀滅了恐龍,還引發了一場席捲整個地球的巨大海嘯。

這顆寬約8.7英里(約合14公里)的小行星,在墨西哥尤卡坦半島(Yucatan Peninsula)附近地區,留下了一個寬約62英里(約合100公里)的撞擊坑。除了結束了恐龍對當時地球的統治外,這次直接撞擊還導致了地球上75%的動物和植物的大規模滅絕。

當小行星撞擊地球時,它產生了一系列災難性的變化:全球氣溫波動;空氣中瀰漫著煙塵和灰塵等懸浮微粒;由於被撞擊後炸開的火焰狀物質重新進入大氣層並再次降下,大面積野火開始燃燒。在48小時內,一場海嘯席捲了地球各大洲。其威力要比現代的地震所引起的海嘯大幾千倍。

研究人員通過建模更好地了解了這次海嘯及其影響範圍。他們通過研究全球各地的120個海洋沉積物岩心,找到了支持他們關於海嘯的路徑和力量研究結果的證據。週二(10月4日)發表在《美國地球物理聯盟進展》(American Geophysical Union Advances)雜誌上的這項研究,詳細介紹了他們的發現。

使恐龍滅亡的小行星撞擊發生在春天

該研究報告的作者稱,這是首次在同行評議的科學雜誌上發表的,對於希克蘇魯伯(Chicxulub,墨西哥隕石坑名)撞擊造成的全球範圍海嘯進行的模擬。

根據這項研究,該海嘯的威力足以造成超過一英里(約合1.61公里)高的沖天海浪,並沖刷距離小行星撞擊地點數千英里範圍的海底。它有效地抹去了事件發生前,以及事件發生期間的沉積物記錄。

該研究報告的首席作者莫利·蘭奇(Molly Range)表示:「這場海嘯強大到足以干擾和破壞全球各地海洋盆地的沉積物,在沉積記錄中留下了空白,或者留下了雜亂無章的舊的沉積物。」她在本科生時就開始從事這項研究,並在密歇根大學(University of Michigan)的碩士論文中將之完成。

研究人員估計,這次海嘯的能量是2004年12月26日印度洋海嘯的3萬倍,而印度洋海嘯是有記錄以來最大的海嘯之一,曾造成23萬人死亡。小行星撞擊的能量,至少比發生在今年早些時候的湯加火山爆發大10萬倍。

追蹤古代海嘯的路徑

研究報告的共同作者、普渡大學副教授布蘭登-約翰遜(Brandon Johnson)使用了一個被稱為Hydrocode的大型計算機爆炸流體動力學程序,來模擬希克蘇魯伯隕石撞擊時的情況,包括撞擊坑的形成和海嘯的開始。

他把小行星的大小和它的速度輸入在內,當它撞上尤卡坦半島的花崗岩地殼和淺水區時,評估顯示它的速度是每小時26843英里(約合43200公里)。

根據模擬研究,在撞擊發生後的不到三分鐘內,岩石、沉積物和其它碎片將一堵巨大的水牆從撞擊處向外推開,形成一個2.8英里(約合4.5公里)高的巨浪。當撞擊爆炸擊出的物質落回地表時,這個大浪也隨之消退了。

但是隨著碎片的落下,它產生了更加混亂的大浪。

撞擊發生10分鐘後,一個大約一英里高的環形波浪開始從距離撞擊點137英里(約合220公里)的地方向所有方向沖向海洋。

之後,研究人員在這個模擬中輸入了兩個不同的全球海嘯模型:MOM6和MOST。MOM6是用來模擬深海海嘯的,而MOST則是美國國家海洋和大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration)海嘯預警中心(Tsunami Warning Centers)的海嘯預測的一部分。

兩種模型得出的結果幾乎完全相同。這為研究小組制定了海嘯發生過程的時間軸。

撞擊後一小時,巨大的海嘯已經越過墨西哥灣進入北大西洋;撞擊後四小時,海浪通過了中美洲海道,進入太平洋。中美洲海道曾經把北美洲和南美洲分開。

在24小時內,海浪在穿越太平洋和大西洋後從兩邊進入印度洋;而在撞擊後的48小時內,巨大的海嘯波已經到達了地球的大部分海岸線。

變化中的洋底

由此引發水下洋流在北大西洋、中美洲海道和南太平洋最強,超過每小時0.4英里(約合643米/小時),這足以炸掉海底的沉積物。

同時,印度洋、北太平洋、南大西洋和地中海被屏蔽在海嘯最嚴重的影響之外,其水下水流較小。

研究小組分析了120個沉積物的信息,這些沉積物主要來自以前的科學海洋鑽探項目。在免受海嘯影響的水域,有著更多完整的沉積層。但同時,在海嘯經過的地區卻存在著沉積物空白。

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NASA航天器撞击小行星 準備把它撞離軌道

【2022年09月27日訊】(記者高杉編譯報導)週一(9月26日),美國國家航空航天局(NASA)的一個航天器,正在以極快的速度撞向一顆小行星。這是一次為了在未來面對「小行星撞地球」的致命威脅的那一天,而進行的一次前所未有的「保衛地球」的演練。

這個在銀河系進行的「全壘打」,將在700萬英里(約合960萬公里)外,針對一顆無害小行星進行。NASA的一個名為「飛鏢」(Dart)的航天器,將以每小時14,000英里(約合22,500公里)的速度撞向這顆太空岩石。

科學家們預計,這次撞擊會在小行星上鑿出一個坑,將太空岩石碎片和碎石流拋向太空。而最重要的是,撞擊將會改變小行星的軌道。

世界各地和太空中的望遠鏡都已經做好了準備,以捕捉這一歷史瞬間的景象。撞擊所帶來的影響應該是立即可見的——「飛鏢」航天器的無線電信號會突然停止——所以要確定小行星的路徑是否被改變,以及被改變了多少,還需要幾天甚至幾週的時間。

這項耗資3.25億美元的任務,是人類首次嘗試改變太空中的小行星的飛行路徑,或任何太空中的自然物體的位置。

美國宇航局局長比爾‧納爾遜(Bill Nelson)在當天早些時候發推文說:「不,這不是電影情節。」他在一個預先錄製的視頻中說:「我們都在『末日審判』(Armageddon)這類電影中見過這個場景,而在現實生活中,出現這個情況的概率很高。」

週一的這個太空實驗的目標,是一顆525英尺(約合160米)的小行星,名為Dimorphos。它實際上是比它大五倍的Didymos的一個小衛星。Didymos在希臘語中是「雙胞胎」的意思,是一個快速旋轉的小行星,它甩出的物質形成了這個小伴星。

這對小行星和小衛星已經繞著太陽運行了好幾個世紀,並沒有威脅到地球,這使它們成為了人類首次「拯救世界」試驗的理想測試對象。

在去年11月發射升空的這個有自動售貨機大小的「飛鏢」航天器——也是「雙小行星重定向測試」的簡稱——使用了由約翰‧霍普金斯大學(Johns Hopkins University)應用物理實驗室開發的導航新技術來追蹤目標。該實驗室是「飛鏢」航天器的建造者和任務管理者。

在該實驗中,另一顆微型衛星將在幾分鐘後飛臨,拍攝撞擊的照片。兩週前,一個「意大利立方體」(Italian Cubesat)衛星被從「飛鏢」號上釋放。

科學家們堅持認為,「飛鏢」航天器不會使小衛星Dimorphos粉碎。該航天器的重量只有1,260磅(約合570公斤),而這顆小行星有110億磅(約合50億公斤)。但這應該足以縮減其圍繞Didymos星的11小時55分鐘的軌道。

撞擊應該使軌道縮短10分鐘,但望遠鏡將需要幾天到近一個月的時間來驗證新的軌道。科學家們指出,預期的1%的軌道偏移聽起來可能不多。但他們強調,多年後,這將是一個巨大的變化。

行星防禦專家更傾向於在有足夠的準備時間的情況下,將有威脅的小行星或彗星推開,而不是將其炸毀並產生多個可能繼續沿軌道飛行後落在地球上的碎片。

對付大型的太空岩石可能需要多個撞擊器,或者是撞擊器和所謂的重力牽引器的組合運用。重力牽引器是一種尚未完成發明的設備,可以利用自身的重力將小行星拉到一個對地球來說更安全的軌道。

美國宇航局的高級氣候顧問凱瑟琳‧卡爾文(Katherine Calvin)說:「恐龍們沒有幫助它們知道即將發生事情的太空計劃,但我們有。」她指的是6,600萬年前的恐龍大滅絕事件。據信,恐龍大滅絕是由大型的小行星撞擊地球、火山爆發或兩者兼有造成的。

非營利組織「B612基金會」(B612 Foundation)一直致力於保護地球免受小行星撞擊方面的研究。該組織自20年前由宇航員和物理學家成立以來,一直在推動像「飛鏢」航天器撞擊太空岩石這樣的試驗。

該基金會的執行董事、前宇航員埃德‧盧(Ed Lu)警告說,撇開週一引人注目的行動之外,世界還必須更好地識別和追蹤潛伏在外面的無數太空岩石。

據美國宇航局稱,估計有25,000個近地的、直徑為460英尺(約合140米)致命尺寸的小行星,但被發現的明顯不到一半。而在數百萬個能夠造成廣泛傷害的、更小的太空岩石中,只有不到1%的小行星被發現。

盧指出,由美國國家科學基金會(National Science Foundation)和美國能源部(U.S. Energy Department)在智利建造的維拉‧魯賓天文台(Vera Rubin Observatory)即將完工,它有望給搜尋小行星的工作帶來革命性的變化。

他說,尋找和跟蹤小行星,「這就是這個任務的名稱和內容。這是為了保護地球而必須做的事情。」

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穀神星出現意外「地質活動」震驚科學家

【2022年08月13日訊】(記者林達編譯報導)根據弗吉尼亞理工大學8月1日的一份新聞稿,該大學的地球科學家可能已弄清了為什麼穀神星出現「意外的地質活動」,這一發現可能會徹底改變人類對矮行星的看法。

穀神星(Ceres)是一顆矮行星、也是太陽系小行星帶中最大的星體。科學家知道穀神星的存在已有一段時間了,但直到2015年,美國宇航局(NASA)的曙光號探測器(Dawn probe)才讓研究人員更仔細地觀察了這顆岩石星體。

令人吃驚的是,科學家們發現穀神星具有趣味盎然的地質特徵,例如高原、礦床和地表裂縫——所有這些跡象都表明:穀神星曾經發生過地震,甚或曾有過海洋。

然而,為了證實這一理論,矮星在其歷史的某個時刻需要一種產生熱量的方法——而科學家們認為較小的行星體一般來說無法做到這一點。

這主要是由於星體形成的暴力方式,像地球這樣較大的行星在形成的初期會很熱,所以引發了地質活動,後來隨著時間的推移而冷卻。另一方面,穀神星從來沒有大到足以成為一顆真正的行星,因此在形成過程中不可能產生熱量。

但根據科學家對穀神星遙遠過去的計算機模擬,這顆矮行星並不需要一開始形成時就很熱。相反,他們認為:矮行星含有放射性元素鈾和釷,因此它變熱是由其內部放射性衰變造成的。令人著迷的是,這使它從冷變熱再變冷,而不是像較大的行星那樣由熱變冷。

弗吉尼亞理工大學地球科學教授斯科特‧金(Scott King)在新聞稿中說:「我們的論文展示的是,輻射加熱本身就足以創造有趣的地質學。」

這個模型有希望能夠提供一些關於其它矮行星,甚至一些衛星是如何形成的線索。無論如何,這提醒我們對宇宙的認知少得可憐,尚有許多有待發現。

這份研究5月17日發表在美國地球物理聯盟(AGU)的學術期刊《AGU Advances》上。◇

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【馬克時空】韋伯望遠鏡成功升空 中美展開火星探索競賽

【大紀元2022年01月08日訊】2021年,有多個火星探測器抵達火星,包括美國的毅力號、阿聯酋的希望號探測器和中共的天問一號,這些火星探測器都是在2020年7月發射,經過半年多的星際飛行,在2021年2月抵達火星。有史以來最大、最昂貴的太空天文台詹姆斯韋伯太空望遠鏡,在2021年12月25日聖誕節當天發射升空,這個耗資上百億美元的項目,終於踏上了征程。

視頻內容還有:

• 中美火星探索競賽

• 悲願達成 韋伯望遠鏡順利升空

• NASA持續探索小行星

更多精采內容請看YouTube視頻:https://youtu.be/2-AcLjB-uxI

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【馬克時空】節目組製作

責任編輯:陳柏州

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2022年這些重要航天項目值得期待

【2022年01月01日訊】(記者笛睿編譯報導)2022年,美國宇航局(NASA)、歐洲太空局(ESA)和俄羅斯航天局(Roscosmos)的多個太空項目將有重大進展。

SLS火箭發射

太空發射系統各部分示意圖。(NASA/MSFC)

NASA建造的最大型的火箭——太空發射系統(Space Launch System,簡稱SLS火箭),將於2月發射,送獵戶座飛船(Orion)升空進行第一輪無人試飛,並送幾顆小型繞月衛星進入月球軌道。

獵戶座飛船是NASA設計的新一代飛船,也是為宇航員將來登月和飛往火星準備的座駕。這次發射任務是阿爾忒彌斯(Artemis)登月項目的第一階段。

阿爾忒彌斯項目分三個階段進行,第一階段是飛船進行無人試飛,為期3周;第二階段是飛船載人試飛,預計在2023年底進行;第三階段讓飛船載著宇航員飛往月球並登陸。這是NASA自1972年以來第二次登月行動,計劃於2024年達成。

SLS火箭發射塔各個主要模塊從2019年底就開始組裝,矗立在肯尼迪太空中心內,高達98米。獵戶座飛船是在2021年底最後一個加載到火箭頂部的模塊。

靈神星(Psyche)探測器

靈神星藝術假想圖。(NASA/JPL-Caltech/ASU)

靈神星是位於火星和木星軌道之間的一顆幾乎完全由金屬構成的小行星,質量大得驚人。福布斯的報導估計這顆小行星上面的礦藏價值可達一千萬兆(10¹⁹)美元。它是太陽系內已知的唯一一顆如此特別的天體。NASA決定派遣一個探測器前去探查。

這個探測器也很特別,是NASA設計的第一個幾乎全靠太陽能驅動飛行如此遠距離的探測器,具有開啓太陽能太空引擎時代的意義。NASA計劃8月發射這個探測器,它將花四年的時間,飛行15億英里抵達靈神星,進行拍照、分析這顆小行星的化學成分、探測其內部結構、檢測是否有磁場等。

科學家不明白為什麼這顆小行星的金屬含量這麼高。一種理論認為它是一顆行星在成長過程中,遭遇其它天體的撞擊,丟失了外面的地幔和地殼,剩下的一個光禿禿的富含金屬的原始行星內核。NASA希望這個探測項目能夠解答這個問題,探索它的形成過程,為了解更多類地行星的形成過程提供新的線索。

歐洲火星探測車

由火星偵察軌道衛星拍攝的歐克西亞高原。 (NASA)

歐洲太空局和俄羅斯航天局合作的ExoMars項目,計劃在9月發射一個新的探測車登陸火星,2023年3月在火星的歐克西亞高原(Oxia Planum)登陸。

這個探測車的體積比NASA的毅力號(Perseverance)小一些,配備好幾個相機和各種先進的科研器材。特別是它的鑽鑿能力很強,最深能鑽到火星地下2米的地方採集樣品,而NASA的好奇號(Curiosity)最深只能鑽到地下6厘米。科學家認為鑽鑿取樣分析是探索火星以前是否存在生命的重要方法。

項目組最近為這個探測車徵集名字,最後選定對發現DNA做出重要貢獻的英國科學家羅莎琳德‧富蘭克林(Rosalind Franklin)的名字來命名。項目組希望這部探測車能夠找到火星遠古時期存在生命的證據。

NASA飛船撞擊小行星

NASA飛船撞擊小行星的模擬情景。(NASA/Johns Hopkins APL)

9月,NASA派出的一艘飛船將故意撞上一顆小行星。這是NASA至今開展的聽上去最瘋狂的項目之一,名為雙小行星重新定向測試(Double Asteroid Redirection Test,簡稱DART)。研究人員想通過撞擊嘗試改變這顆小行星的軌道,以了解未來在威脅地球的小行星出現之時,是否可以用這個辦法改變其軌道,保護地球不會被撞上。

這個項目選中的目標天體是一個雙體小行星系統Didymos,希臘語中「雙胞胎」的意思。它由一大一小兩部分組成。NASA的飛船將撞擊其中較小的那顆。

NASA的飛船已於2021年11月23日從地球出發。按照NASA的計算,今年9月的時候這個天體運行到距離地球較近的位置——大約680萬英里。NASA的飛船也將抵達它的附近,將以1.5萬英里的時速撞上它。

這個雙體小行星系統現在互相繞行一周的時間是11小時55分。NASA說如果撞擊成功,繞行的周期將變化73秒。

各國的月球探測項目

人類未來移居月球的藝術假想圖。(NASA/SAIC/Pat Rawlings)

2022年,多國都將送各種機械設備上月球勘查。印度太空研究組織(ISRO)的月船三號(Chandrayaan-3)項目將派遣一個登陸器和一部探測車登陸月球。

日本宇航研發局(JAXA)將送探月智能著陸器(SLIM)上月球,測試精確的著陸技術,為將來日本的登月項目做準備。這個項目還將取一些月球的樣品返回地球。

俄羅斯的「月球25號」(Luna-25)將在7月出發,計劃降落在月球南極的博古斯瓦夫斯基撞擊坑(Boguslawsky)。這將是俄羅斯自1976年之後發射的第一個月球探測器項目。◇

責任編輯:葉紫微#