Наука, стоящая за первой попыткой НАСА перенаправить астероид

Подавляющее большинство астероидов и комет не опасны и никогда не будут опасны.Астероиды и кометы считаются потенциально опасными объектами, или PHO, если они имеют диаметр 100–165 футов (30–50 метров) или больше и их орбита вокруг Солнца находится в пределах пяти миллионов миль (восемь миллионов километров) от орбиты Земли. Стратегия планетарной защиты НАСА включает в себя обнаружение и отслеживание этих объектов с помощью телескопов на земле и в космосе. Фактически, Центр НАСА по изучению объектов, сближающихся с Землей, или CNEOS, отслеживает все известные объекты, сближающиеся с Землей, чтобы оценить любой риск столкновения, который они могут представлять. О любом относительно близком сближении сообщается на приборной панели Asteroid Watch.

Координационный офис планетарной обороны НАСА реализует множество программ и инициатив, направленных на обнаружение и реагирование на угрозы со стороны потенциально опасных объектов в случае их обнаружения. Миссия DART — это один из компонентов и первая миссия, выполняемая командой. Изображение предоставлено: НАСА | + Развернуть изображение

Хотя в настоящее время нет известных объектов, представляющих угрозу для Земли, ученые продолжают сканировать небо в поисках неизвестных астероидов. НАСА активно исследует и планирует способы предотвращения или уменьшения последствий потенциального столкновения, если оно будет обнаружено. Миссия DART была первой проверкой такого плана — в данном случае, можно ли было отклонить астероид от его предсказанного курса, врезавшись в него космическим кораблем.

Статья в тему: Сколько промахнувшихся астероидов

Eyes on Asteroids — это визуализация в реальном времени каждого известного астероида или кометы, которые классифицируются как объекты, сближающиеся с Землей, или ОСЗ. Астероиды представлены в виде синих точек, а кометы — в виде белых точек. Используйте мышь, чтобы продолжить изучение интерактива и узнать больше об объектах и о том, как мы их отслеживаем. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech | Исследуйте полный интерактивный

Благодаря знаниям, полученным в результате демонстрации, в будущем можно будет использовать аналогичные методы для отклонения астероида или кометы от Земли, если они будут сочтены опасными для планеты.

Как это работало

Имея диаметр около 525 футов (160 метров) — длину 1,5 футбольного поля — Диморфос является меньшим из двух астероидов в системе двойных астероидов. До удара DART Диморфос вращался вокруг более крупного астероида под названием Дидимос (по-гречески «близнец») каждые 11 часов 55 минут.

Размеры двух астероидов в системе Дидимос относительно объектов на Земле. Изображение предоставлено: NASA/Johns Hopkins APL | + Развернуть изображение

Ни один из астероидов не представляет угрозы для нашей планеты, и это одна из причин, по которой эта система астероидов была идеальным местом для проверки методов перенаправления астероидов. Во время удара DART пара астероидов находилась на расстоянии 6,8 миллиона миль (11 миллионов километров) от Земли, когда они путешествовали по своей орбите вокруг Солнца.

Статья в тему: Почему пояс астероидов собирает так много астероидов?

Космический корабль DART был разработан для лобового столкновения с Диморфосом, чтобы изменить его орбиту, сократив время, необходимое маленькому астероиду для путешествия вокруг Дидимоса. По сравнению с Dimorphos, который имеет массу около 11 миллиардов фунтов (пять миллиардов килограммов), космический корабль DART был легким. В момент удара он весил всего 1210 фунтов (550 кг). Так как же такой легкий космический корабль повлиял на орбиту относительно массивного астероида?

Вы можете использовать мышь, чтобы изучить этот интерактивный вид воздействия DART с Диморфосом из программы НАСА «Взгляд на Солнечную систему». Предоставлено: NASA/JPL-Caltech | Исследуйте полный интерактивный

DART был разработан как кинетический ударник, то есть он передал свой импульс и кинетическую энергию Диморфосу при ударе, взамен изменив орбиту астероида. Ученые смогли предсказать некоторые из этих эффектов благодаря принципам, описанным в законах движения Ньютона.

Первый закон Ньютона говорил нам, что орбита астероида останется неизменной до тех пор, пока на нее не воздействуют. Используя формулу для линейного импульса (p = m * v), мы могли рассчитать, что космический корабль, который в момент удара будет двигаться со скоростью 3,8 мили (6,1 км) в секунду, будет иметь около 0,5% импульса астероида.Импульс космического корабля может показаться небольшим по сравнению с ним, но расчеты показали, что его будет достаточно, чтобы заметно изменить скорость орбиты Диморфоса. Однако планировщики миссии посчитали, что изменения орбиты Диморфоса как минимум на 73 секунды будет достаточно, чтобы считать испытание успешным.

Статья в тему: Stellaris утопия как остановить астероиды

Но при проверке того, можно ли использовать эту технику в будущем для планетарной защиты, нужно было еще подумать. Например, формула кинетической энергии (KE = 0,5 * m * v2) говорит нам о том, что быстро движущийся космический корабль обладает большой энергией.

Когда DART столкнулся с поверхностью астероида, его кинетическая энергия составила 10 миллиардов джоулей! В результате удара образовалась воронка, и материал, известный как выброс, был выброшен наружу. Ученые все еще изучают данные, полученные от миссии, чтобы определить количество материала, выброшенного из кратера, но, по оценкам до удара, это число в 10-100 раз превышает массу самого космического корабля. Затем сила, необходимая для выталкивания этого материала, уравновешивалась равной силой реакции, толкающей астероид в противоположном направлении, как описано в третьем законе Ньютона.

Эта анимация концептуально показывает, как, по прогнозам, воздействие DART изменит орбиту Диморфоса с большей на немного меньшую, которая на несколько минут короче исходной. Предоставлено: NASA/Johns Hopkins APL/Jon Emmerich | Смотреть на YouTube

Сколько материала было выброшено и каков импульс его отдачи, до сих пор неизвестно. Многое зависит от состава поверхности астероида, который ученые все еще исследуют. Лабораторные тесты на Земле показали, что, если поверхностный материал был плохо конгломерирован или рыхло сформирован, больше материала было бы выброшено. Поверхность, которая была хорошо конгломерирована или плотно уплотнена, будет выбрасывать меньше материала.

Статья в тему: Как сделать хобби астероиды

После удара DART ученые использовали технику, называемую транзитным методом, чтобы увидеть, насколько удар изменил орбиту Диморфоса.При наблюдении с Земли пара Дидимосов — это то, что известно как затменная двойная система. Это означает, что Диморфос проходит впереди и позади Дидимоса с нашей точки зрения, создавая то, что с Земли кажется тонким провалом в объединенной яркости пары. Ученые использовали наземные телескопы, чтобы измерить это изменение яркости и рассчитать, как быстро Диморфос вращается вокруг Дидима. Сравнив измерения до и после удара, ученые определили, что орбита Диморфоса замедлилась на 32 минуты до 11 часов 23 минут.

Зеленым кругом показано расположение астероида Диморфос, который вращается вокруг более крупного астероида Дидимос, который показан здесь как яркая линия посередине изображения. Синий кружок показывает, где находился бы Диморфос, если бы его орбита не изменилась из-за того, что миссия НАСА DART целенаправленно столкнулась с меньшим астероидом 26 сентября 2022 года. Изображения были получены с планетарного радара Голдстоуна Лаборатории реактивного движения НАСА в Калифорнии и Национального научного центра. Обсерватория Фонда Грин-Бэнк в Западной Вирджинии. Изображение предоставлено: NASA/Johns Hopkins APL/JPL/NASA JPL Планетарный радар Голдстоун/Обсерватория Грин-Бэнк Национального научного фонда | + Развернуть изображение | › Галерея изображений DART

Одной из самых больших проблем миссии DART было наведение небольшого космического корабля на лобовое столкновение с небольшим астероидом в миллионах миль от нас. Чтобы решить эту проблему, космический корабль был оснащен одним инструментом, камерой DRACO, которая работала вместе с автономной навигационной системой SMART Nav, чтобы направлять космический корабль без прямого контроля со стороны инженеров на Земле. Примерно за четыре часа до удара изображения, снятые камерой, были отправлены в навигационную систему космического корабля, что позволило ему определить, какой из двух астероидов был Диморфосом, и самостоятельно добраться до цели.

Статья в тему: Как бороться с астероидами, падающими на Землю

Составление 243 изображений Didymos и Dimorphos, сделанных камерой DRACO космического корабля DART 27 июля 2022 года, когда космический корабль двигался к своей цели. Изображение предоставлено: JPL DART Navigation Team | + Развернуть изображение | › Галерея изображений DART

DART был не просто экспериментальным ударником астероида. В миссии также использовались передовые технологии, которые никогда раньше не использовались на планетарных космических кораблях, и тестировались новые технологии, предназначенные для улучшения того, как мы питаем космические корабли и взаимодействуем с ними.

Узнайте больше об инженерных разработках миссии DART, включая инновационную солнечную батарею Roll Out и ионную двигательную установку NEXT-C, в этом видео с участием экспертов миссии. Кредит: АПЛ | Смотреть на YouTube

Одной из таких технологий, которая была впервые испытана на Международной космической станции, а затем использована на космическом корабле DART, работающем на солнечной энергии, является энергосистема Roll Out Solar Array, или ROSA. Как следует из названия, энергосистема состояла из гибкого материала солнечных панелей, который скручивался для запуска и разворачивался в космосе.

Солнечная батарея Roll Out, показанная на этом анимированном изображении, полученном во время испытаний на Международной космической станции, совершает свое первое планетарное путешествие на DART. Изображение предоставлено: НАСА | + Развернуть изображение

Часть энергии, вырабатываемой солнечной батареей, использовалась для другой инновационной технологии — ионной двигательной установки космического корабля NEXT-C. Вместо использования традиционной химической тяги DART приводился в движение заряженными частицами ксенона, выталкиваемыми его двигателем. Ионный двигатель использовался в других миссиях к астероидам и кометам, включая Dawn и Deep Space 1, но ионные двигатели DART имели более высокие характеристики и эффективность.

Статья в тему: Чем астероиды отличаются от комет quizlet

Следуйте за

Через несколько дней после события НАСА получило изображения столкновения со спутника LICIACube, который был запущен DART перед столкновением. Кубсат, предоставленный Итальянским космическим агентством, сделал снимки удара и облака выброса.

На этом изображении из LICIACube показаны шлейфы выбросов, вытекающих из Диморфоса после удара DART. Каждый прямоугольник представляет различный уровень контраста, чтобы лучше видеть тонкую структуру шлейфов. Изучая эти потоки материала, ученые смогут больше узнать об астероиде и процессе столкновения. | + Развернуть изображение | › Галерея изображений DART

Тем временем космический телескоп Джеймса Уэбба, космический телескоп Хаббла и космический корабль «Люси» наблюдали за Дидимосом, чтобы проследить, как скоро можно будет увидеть отраженный солнечный свет от шлейфа выброса. В будущем члены команды DART продолжат наблюдение за системой астероидов, чтобы измерить изменение орбиты Диморфоса и определить, что произошло на его поверхности. А в 2024 году Европейское космическое агентство планирует запустить космический корабль Hera для проведения углубленного постударного исследования системы Didymos.

Эта анимация представляет собой замедленную съемку изображений, полученных космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА, и охватывает время, прошедшее непосредственно перед столкновением DART в 16:14. PDT (19:14 EDT) 26 сентября через 5 часов после удара. Шлейфы материала из компактного ядра выглядят как струйки, растекающиеся от места удара. В анимации также видна область быстрого, сильного осветления. Изображение предоставлено: Наука: НАСА, ЕКА, CSA, Кристина Томас (Университет Северной Аризоны), Ян Вонг (NASA-GSFC); Джозеф Де Паскуале (STScI) | + Развернуть изображение | › Галерея изображений DART

Статья в тему: Почему мало астероидов мимо Юпитера

Продолжайте следить за всеми научными данными от DART, включая последние изображения и обновления на веб-сайте миссии. Кроме того, изучите еще больше ресурсов на этой удобной странице.

Научите это

Миссия — отличная возможность вовлечь студентов в реальное применение тем STEM. Начните изучать эти уроки и ресурсы, чтобы вовлечь учащихся в STEM вместе с миссией.

Руководства для преподавателей

Коллекция

Уроки DART для преподавателей

Используйте эти стандартные уроки для классов K-12, чтобы познакомить учащихся с инженерными и научными разработками, лежащими в основе миссии DART.

Экспертные переговоры

Обучение космосу с НАСА

Отслеживание астероидов

В этом образовательном докладе эксперты НАСА обсудят, как мы отслеживаем и изучаем кометы и астероиды. Кроме того, мы ответим на ваши вопросы!

Студенческая деятельность

Коллекция

DART Мероприятия для студентов

Изучите проекты STEM, слайд-шоу и видеоролики для учащихся, связанные с миссией DART.

Статьи

Обучаемые моменты

Как НАСА изучает и отслеживает ближние и дальние астероиды

Вот как НАСА использует математику и науку для отслеживания движения астероидов и выяснения того, из чего они сделаны — и студенты тоже могут.

Познакомьтесь со стажерами JPL

От островной жизни к обнаружению астероидов для НАСА

Познакомьтесь со стажером Лаборатории реактивного движения, чей путь привел ее с отдаленного острова Сайпан в группу, помогающую отслеживать астероиды в НАСА.

Ресурсы для детей

Ознакомьтесь с этими соответствующими ресурсами для детей от NASA Space Place:

Статья для детей: Астероид или метеор: в чем разница?
Статья для детей: Что такое астероид?
Статья для детей: Почему на Луне есть кратеры?
Статья для детей: Что такое ударный кратер?

Статья в тему: Насколько мы близки к добыче астероидов

Узнайте больше

Факты и цифры: Дидимос в глубине
Факты и цифры: миссия DART
Веб-сайт: Миссия DART
Галерея: Изображения и видео миссии DART
Факты и цифры: Наблюдение за астероидами
Галерея: следующие пять сближений с астероидами
Статьи: Новости об астероидах и изображения из JPL
Глаза на астероидах
Взгляд на Солнечную систему — DART Impact
Тест: являетесь ли вы планетарным защитником?
Центр изучения объектов, сближающихся с Землей

Лайл Тавернье, специалист по образовательным технологиям, NASA/JPL Edu Лайл Тавернье — специалист по образовательным технологиям в Лаборатории реактивного движения НАСА. Когда он не занят работой в области дистанционного обучения и учебных технологий, вы можете увидеть, как он бегает со своей собакой, готовит или планирует следующую поездку.

Последние теги

Получайте обновления JPL

Зарегистрируйтесь сегодня и получайте самые свежие оповещения по электронной почте, доставленные прямо на ваш почтовый ящик.

Новостная лента

Некоторые программы для чтения RSS доступны для бесплатного скачивания. Нажав на ссылку ниже, вы можете просмотреть наш «сырой» RSS-канал. Чтобы подписаться на RSS-канал, вам нужно будет ввести этот URL-адрес в выбранную вами программу чтения RSS.

Статья в тему: Вокруг чего вращается большинство астероидов?

Если вы заинтересованы в загрузке программы для чтения RSS, найдите «RSS-ридер» в своем любимом инструменте веб-поиска. Или, если хотите, вас также может заинтересовать загрузка и использование RSSAplet, бесплатной программы для чтения Java RSS.

голоса

Рейтинг статьи