从撞击到探索——赫拉小行星探测器

作者|周已皓

审核|丁乙

编辑|赵经远

2022年9月26日，一个来自遥远地球的探测器——双小行星重定向测试（Double Asteroid Redirection Test，DRAT）卯足了劲，以每小时约24000公里的速度，顶牛似的撞上了一颗名叫孪小星（Dimorphos）的小天体。在无声的撞击中，尘埃飞扬而起，孪小星稍稍偏离了原先的轨道。与此同时，天文学家使用各地的望远镜，尝试捕捉这一细微的轨道变化（星明天文台也与紫金山天文台合作，参与了这一观测活动）。幸运的是，他们成功了。观测数据显示，DART成功改变了孪小星的轨道，使其轨道周期缩短了约32分钟，这是人类历史上首次成功改变天体轨道的尝试。孪小星直径约160米，绕着另一颗直径850米的小行星孪大星（Didymos）运行，是孪大星的卫星。

DART释放的立方星LICIACube在DART撞击后拍摄的孪大星系统|图源：NASA

但是关于这次撞击仍然有许多谜题等待解答，科学家们需要更精确的数据来将这种“动能撞击”方法转化为一种可靠的行星防御技术，以避免大型小行星撞击地球的厄运。DART 撞击留下的陨石坑有多大？它的撞击重塑了整个孪小星的表面吗？孪小星的矿物组成、结构和精确质量是什么样的？……诸如此类问题都需要另一个靠近孪小星的探测器来探明。

赫拉探测器由猎鹰九号发射|图源：SpaceX

2024年10月7日，欧洲空间局（ESA）的赫拉小行星探测器（Hera Mission，后文使用简称“赫拉”）由SpaceX的猎鹰九号火箭发射升空，踏上了前往孪大星系统征途。它将测量孪小星的质量和轨道变化，对DART撞击区域及周围地区进行详细的勘探，以评估行星防御技术是否已经达到“实战”水平。与此同时，“赫拉”也将测试若干技术，如星际自主导航技术等。

在刚刚过去的2024年10月底至11月初，赫拉进行了首次深空机动，接下来它将于2025年3月飞掠火星，借助火星的引力加速前进。在这次飞掠期间，赫拉与火星的卫星火卫二的最小距离只有约300公里，这使其可以对这颗神秘的卫星进行探测，同时对探测器上搭载的科学仪器进行测试，以确保它们在探测器到达最终目的地孪大星系统之后能稳定运行。

赫拉小行星探测器任务概览|图源：ESA，译：丁乙

赫拉将于2026年2月进行第二次深空机动，同年10月到12月的一系列交会机动将把赫拉带到孪大星系统附近，并于2026年12月进入环绕孪大星的轨道。赫拉将在2027年开始对孪小星进行详细地探测。

赫拉的结构|图源：wikipedia

为了全面表征孪小星的特征，赫拉搭载了5台主要科学仪器，包括两个用于可见光成像的小行星成像相机（AFC）、用于光谱成像的高光谱成像仪（HyperScout-H）、用于测量高度的行星高度计（PALT）、用于热红外成像的红外成像仪（TIRI）以及用于测量小行星质量、重力场和旋转速度等特征的X波段无线电科学仪（X-DST）。

两颗立方星将与赫拉协同探测|图源：ESA

赫拉还携带了两颗小型卫星——朱文塔斯（Juventas）和米拉尼（Milani），它们都是6U立方星，质量均为12千克。这两颗立方星将在赫拉抵达目的地前释放，并与赫拉协同工作。

朱文塔斯立方星工作想象图|图源：ESA

朱文塔斯立方星以罗马神话中的青春女神[相当于希腊神话中的赫柏（Hebe），她是天后赫拉的女儿]命名，它的主要目标是确定孪小星的物理特征。它携带了世界上最小的星载雷达（JuRa），用于探测Dimorphos的内部结构。朱文塔斯还配备了一台名为GRASS的重力测量仪，用于测量小行星重力场的强度。此外，它还携带了一部相机、一个与赫拉通信的无线链路。该立方星最终将着陆在孪小星表面。

米拉尼立方星工作想象图|图源：ESA

米拉尼立方星以意大利天文学家安德烈·米拉尼[Andrea Milani，行星防御先驱，他提出了“唐吉珂德”任务（Don Quijote Mission），该任务后来发展成了DART和赫拉两项行星防御任务]命名，它的主要任务是拍摄图像，测量可能存在的尘埃特征。它配备了高光谱成像仪（ASPECT）和热重分析仪（VISTA），用于获取小行星表面的高分辨率光谱数据，并且对小行星进行彩色光谱成像，评估其表面成分和周围尘埃环境。

在茫茫深空里，赫拉不是孤独的探路者，它承载着人类的勇气、智慧与好奇，前往一个曾经被触碰的天体，去揭示一次壮观撞击后的秘密，回答人类在面对宇宙威胁时的根本疑问：我们是否有能力守护自己的星球？

参考资料

(1)再访被撞小行星,环球科学,2023,(24):14-14.

(2)李虹琳,党丽芳,美欧合作的近地小行星防御任务进展,空间碎片研究,2021,21(02):35-39.

(3)Hera，https://www.esa.int/Space_Safety/Hera

(4)Tyvak's Milani Satellite Passes Qualification and Acceptance Review for Hera Missionm,Wireless News,2024.

(5)Michel Patrick et al,The ESA Hera Mission: Detailed Characterization of the DART Impact Outcome and of the Binary Asteroid (65803) Didymos,The Planetary Science Journal,2022,3(7).

(6)Derek Sears et al,The Hera mission: multiple near-earth asteroid sample return,Advances in Space Research,2003,34(11).

(7)European Space Agency,Hera burns towards Mars,phys.org,https://phys.org/news/2024-11-hera-mars.html

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