การอธิบายเกี่ยวกับแถบดาวเคราะห์น้อยทำงานอย่างไร

ในเอกสารสี่ฉบับที่ตีพิมพ์ในวารสารNatureเมื่อวันที่ 1 มีนาคม 2023 ทีมงาน DART ซึ่งรวมถึงนักดาราศาสตร์มหาวิทยาลัยแมรีแลนด์ ได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับผลกระทบที่ประสบความสำเร็จของ DART ฟิสิกส์ที่เป็นไปได้เบื้องหลังการชน การสังเกตเศษซากที่พุ่งออกมาจากดาวเคราะห์น้อยและการคำนวณ การเปลี่ยนแปลงวงโคจรของไดมอร์ฟอส การค้นพบนี้ยืนยันความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนเส้นทางวัตถุใกล้โลก เช่น ดาวเคราะห์น้อย เป็นมาตรการป้องกันดาวเคราะห์ “เรายังหยุดพายุเฮอริเคนหรือแผ่นดินไหวไม่ได้ แต่ในที่สุดเราก็ได้เรียนรู้ว่าเราสามารถป้องกันผลกระทบจากดาวเคราะห์น้อยได้ด้วยเวลา คำเตือน และทรัพยากรที่เพียงพอ” Derek Richardson ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ของ UMD และหัวหน้าคณะทำงานสอบสวนของ DART กล่าว "ด้วยเวลาที่เพียงพอ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในวงโคจรของดาวเคราะห์น้อยจะทำให้มันพลาดโลก ป้องกันไม่ให้เกิดการทำลายขนาดใหญ่ขึ้นบนโลกของเรา" ภารกิจ DART ประสบความสำเร็จเกินคาด Richardson และเพื่อนร่วมงานภาควิชาดาราศาสตร์ UMD ศาสตราจารย์ Jessica Sunshine และนักวิทยาศาสตร์การวิจัยหลัก Tony Farnham มีบทบาทสำคัญในการศึกษาประสิทธิผลของภารกิจ DART เพื่อเบี่ยงเบนดาวเคราะห์น้อยจากเส้นทางสู่โลก Farnham เป็นเครื่องมือในการคำนวณเงื่อนไขทางเรขาคณิตและมิติที่จำเป็นในการตีความการสังเกตของเหตุการณ์อย่างถูกต้อง การใช้ข้อมูลจากวิศวกรยานอวกาศและจาก Didymos Reconnaissance และ Asteroid Camera for Optical Navigation (DRACO) ทำให้ฟาร์แนมช่วยระบุได้ว่ายานอวกาศ DART กำลังมองหาอะไรเมื่อเข้าใกล้ Dimorphos "เมื่อต้องรับมือกับการสังเกตการณ์จากยานอวกาศ เราจำเป็นต้องเข้าใจว่ายานอวกาศนั้นตั้งอยู่ที่ใดในอวกาศเมื่อเทียบกับดาวเคราะห์น้อย ดวงอาทิตย์ และโลก และตำแหน่งที่พวกมันเผชิญหน้ากันในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง" ฟาร์แนมอธิบาย "ด้วยข้อมูลนี้ เรามีบริบทในการคาดเดาและประเมินผลงานของเรา" ต้องขอบคุณการทำงานของฟาร์แนม ทีม DART ได้รับข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับไทม์ไลน์ทั่วไปของผลกระทบ ตำแหน่งและลักษณะของจุดปะทะ ตลอดจนขนาดและรูปร่างของไดมอร์ฟอส สิ่งที่ทำให้ทีมประหลาดใจคือ พวกเขาพบว่าดาวเคราะห์น้อยดวงนี้มีลักษณะเป็นทรงกลมแบนหรือมีรูปร่างคล้ายทรงกลมแบนเล็กน้อย แทนที่จะเป็นรูปร่างที่ยาวกว่าที่คาดไว้จากการคาดคะเนทางทฤษฎี Sunshine กล่าวว่า "ทั้ง Didymos และ Dimorphos นั้นมีรูปร่างที่นุ่มกว่า ซึ่งดูเหมือน M&Ms เนยถั่วมากกว่า และไม่เหมือน M&Ms ถั่วลิสงมากกว่าที่เราคาดไว้" Sunshine กล่าว รูปร่างนี้ยังท้าทายแนวคิดบางอย่างของเราเกี่ยวกับวิธีที่ดาวเคราะห์น้อยดังกล่าวก่อตัวขึ้นและทำให้ฟิสิกส์ซับซ้อนเบื้องหลัง DART เพราะมันกระตุ้นให้เราคิดทบทวนแบบจำลองดาวเคราะห์น้อยคู่ในปัจจุบันของเราใหม่" นอกจากรูปร่างที่ผิดปกติของไดมอร์ฟอสแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังสังเกตเห็นว่าพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยมีลักษณะเป็นหินก้อนและเป็นก้อนอย่างเห็นได้ชัด คุณภาพ geomorphic นี้น่าจะมีอิทธิพลต่อการก่อตัวของปล่องภูเขาไฟ จำนวนและคุณสมบัติทางกายภาพของดีดออก (เศษที่ขับออกจากการกระแทก) และโมเมนตัมของการชนแบบ DART Sunshine ซึ่งเคยดำรงตำแหน่งรองผู้ตรวจสอบหลักสำหรับภารกิจ NASA Deep Impact ที่นำโดย UMD สังเกตว่าคุณสมบัติพื้นผิวที่แตกต่างกันเหล่านี้นำไปสู่ผลลัพธ์ผลกระทบที่แตกต่างกัน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการประเมินว่ายานอวกาศ DART เปลี่ยนเส้นทาง Dimorphos จากวงโคจรเดิมได้สำเร็จเพียงใด Sunshine อธิบายว่า "ภารกิจ Deep Impact ชนกับดาวหางที่มีพื้นผิวเป็นเม็ดเล็ก ๆ ส่วนใหญ่เหมือนกัน" "Deep Impact ส่งผลให้เกิดการพัดของเศษซากที่สม่ำเสมอมากกว่าโครงสร้างเส้นใยที่เห็นหลังจาก DART กระทบเข้ากับภูมิประเทศที่เป็นก้อนหิน ปรากฎว่าการเคลื่อนที่ของดีดตัวที่เกิดจาก DART มีผลอย่างลึกซึ้งต่อความสำเร็จของภารกิจของ DART" แรงผลักที่เพิ่มขึ้นจากเศษชิ้นส่วนทำให้วงโคจรของ Dimorphos สั้นลง ยานอวกาศ DART ไม่ใช่ผู้ส่งโมเมนตัมแต่เพียงผู้เดียวในการชนกับ Dimorphos; การผลักเพิ่มเติมเกิดจากการพ่นเศษซากอย่างรุนแรงเมื่อยานอวกาศกระแทกเข้ากับดวงจันทร์ของ ดาวเคราะห์น้อย ขนาดเล็ก "มีเศษขยะจำนวนมากถูกขับออกมาจากแรงกระแทก ทำให้ Dimorphos ถูกผลักอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นประมาณ 3.5 เท่า เมื่อเทียบกับการโดนยานอวกาศ DART เพียงอย่างเดียว" Richardson ผู้ช่วยคำนวณและตรวจสอบโมเมนตัมที่ถ่ายโอนระหว่างยานอวกาศ DART และ Dimorphos อธิบาย จากข้อมูลของ Farnham ผู้คำนวณทิศทางการดีดตัวของดาวเคราะห์น้อย การค้นพบนี้ได้รับการยืนยันเมื่อทีมวัดวงโคจรของดาวเคราะห์น้อยมีการเปลี่ยนแปลงมากกว่าที่ทีมคาดการณ์ไว้ ความแตกต่างของคาบการโคจรหรือระยะเวลาที่วัตถุท้องฟ้าใช้ในการหมุนรอบวัตถุอีกชิ้นหนึ่งจนครบหนึ่งรอบ แสดงว่าวงโคจรของไดมอร์ฟอสรอบดิไดมอสเปลี่ยนไป "ก่อนเกิดผลกระทบ เราคาดว่าผลกระทบจะทำให้วงโคจรของไดมอร์ฟอสสั้นลงเพียงประมาณ 10 นาทีเท่านั้น" ฟาร์แนมกล่าว "แต่หลังจากผลกระทบ เราได้เรียนรู้ว่าระยะเวลาการโคจรสั้นลงกว่าเดิม ทำให้วงโคจรปกติ 12 ชั่วโมงลดลง มากกว่า 30 นาทีเล็กน้อย กล่าวอีกนัยหนึ่ง วัสดุที่ถูกขับออกมานั้นทำหน้าที่เป็นไอพ่นเพื่อผลักดวงจันทร์ให้ออกห่างจากวงโคจรเดิมของมันมากยิ่งขึ้น” ต่อจากภารกิจเฮร่า ภารกิจ DART แสดงถึงขั้นตอนแรกที่สำคัญในการพัฒนากลยุทธ์การป้องกันดาวเคราะห์ที่เหมาะสมต่อวัตถุใกล้โลก เช่น ดาวเคราะห์น้อย ทีมงาน DART คาดว่าภารกิจ Hera ของ European Space Agency ที่จะเปิดตัวในเดือนตุลาคม 2024 จะเปิดเผยข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับไซต์ผลกระทบของ DART ภายในปี พ.ศ. 2569-2560 ยานอวกาศ Hera จะไปเยือนระบบดาวเคราะห์น้อยคู่ที่มี Dimorphos และ Didymos อีกครั้ง และประเมินคุณสมบัติภายในของดาวเคราะห์น้อยทั้งสองเป็นครั้งแรก โดยให้การวิเคราะห์ที่ละเอียดยิ่งขึ้นเกี่ยวกับผลกระทบของ DART Impact ที่มีต่อระบบและธรณีฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังระบบสุริยะ รูปแบบ. Sunshine กล่าวว่า "เรายังไม่รู้จัก Dimorphos และ Didymos มากนัก เพราะเรามองเห็นแต่ภายนอกเท่านั้น" "โครงสร้างภายในของพวกมันเป็นอย่างไร ความพรุนของทั้งสองมีความต่างกันหรือไม่ คำถามเหล่านี้เป็นประเภทคำถามที่เราต้องตอบเพื่อดูว่าการเบี่ยงเบนของเรามีประสิทธิภาพเพียงใด และวัตถุท้องฟ้าเช่นดาวเคราะห์น้อยเหล่านั้นก่อตัวและวิวัฒนาการอย่างไร" ในขณะที่ภารกิจ Hera ยังอยู่ในช่วงการก่อสร้าง งานวิจัยจากทั้ง DART และรุ่นก่อนหน้าอย่าง Deep Impact ยังคงให้ข้อมูลมากมายเกี่ยวกับวิธีที่มนุษย์สามารถพัฒนาวิธีเพิ่มเติมในการปกป้องโลกจากการเข้าใกล้ดาวเคราะห์น้อยและดาวหาง ด้วยมรดกของการริเริ่มการทดสอบผลกระทบทางจลนศาสตร์และการวิจัยการป้องกันดาวเคราะห์ที่นำโดยศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ชื่อดัง Mike A'Hearn ผู้ล่วงลับไปแล้ว นักดาราศาสตร์ UMD จึงมีความพร้อมที่ไม่เหมือนใครในการประเมินและล่วงหน้าการทดลองผลกระทบในระดับดาวเคราะห์ Richardson, Sunshine, Farnham และเพื่อนร่วมงานของพวกเขาหวังที่จะให้เกียรติกับงานที่นำไปสู่ ​​DART โดยยังคงช่วยบุกเบิกวิธีการใหม่ในการบรรเทาภัยคุกคามจากดาวเคราะห์น้อย "เอกสารเหล่านี้เป็นเพียงผลลัพธ์แรกเกี่ยวกับภารกิจ DART ที่จะเผยแพร่" Farnham กล่าว "แต่มีการศึกษาหลายสิบชิ้นที่กำลังดำเนินการอยู่ในขณะนี้ ซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจผลกระทบและผลกระทบต่อการป้องกันดาวเคราะห์มากขึ้น ในขณะที่ค้นพบปรากฏการณ์ที่น่าสนใจมากขึ้น"