NASA kommer att slå in en rymdfarkost i en asteroid. Saker och ting kan bli kaotiska.

NASA/Johns Hopkins APL

Dinosaurierna hade inget rymdprogram, så när en asteroid begav sig mot jorden med sitt namn på för 65 miljoner år sedan, hade de ingen varning och inget sätt att försvara sig. Vi vet hur det blev.

Människor är förståeligt nog angelägna om att undvika samma öde. Senare i år kommer NASA att starta ett uppdrag för att öva på hur vi kan avleda en framtida jordbunden asteroid. De Dubbel asteroidomdirigeringstest (DART) är tänkt att lanseras så snart som den 24 november (eller så sent som i februari 2022 ) och kommer att ta ett år att nå sitt mål: Dimorphos, en asteroid i stadionstorlek som kretsar kring en mycket större asteroid som heter Didymos.

Planen är att träffa Dimorphos med en hastighet av 6,5 kilometer per sekund med den bilstora rymdfarkosten DART, som väger cirka en tredjedel av ett ton, och ändra sin nästan 12 timmar långa omloppsbana runt Didymos med några minuter. Ett uppdrag från Europeiska rymdorganisationen som anländer fem år senare, kallat Hera, kommer att kontrollera om uppdraget fungerade. Nedslaget kommer bara att ha en liten effekt på omloppsbanan, men det borde vara tillräckligt för att avleda en asteroid från jordens väg i framtiden - så länge vi träffar den tillräckligt långt i förväg. Vi gör detta för att ha förmågan att förhindra en verkligt katastrofal naturkatastrof, säger Tom Statler, DART-programforskare vid NASA:s högkvarter i Washington, DC.

De potentiella förändringarna i Dimorphos omloppsbana har studerats väl. Men hittills har vi inte vetat mycket om vad som kommer att hända med Dimorphos själv efter nedslaget. Ett papper publicerad i tidskriften Icarus dokumenterar de första simuleringarna att ta reda på.

Relaterad berättelse

Denna rymdfarkost förbereds för ett enkelriktat uppdrag för att avleda en asteroid Kan ett slag mot en rymdsten i 15 000 miles per timme hindra den från att träffa jorden? DART-uppdraget syftar till att ta reda på det.

Under ledning av Harrison Agrusa från University of Maryland, modellerade forskare hur mycket DART kan förändra spinn eller rotation av Dimorphos genom att beräkna hur kraften i nedslaget kommer att förändra asteroidens rullning, stigning och girning. Resultaten kan bli dramatiska. Det kan börja ramla och gå in i ett kaotiskt tillstånd, säger Agrusa. Detta var verkligen en ganska stor överraskning.

Den oväntade spinningen ställer till några intressanta utmaningar. Det kommer att öka svårigheten att landa på asteroiden, som ESA hoppas kunna försöka med två små rymdskepp på sitt Hera-uppdrag. Det kan också göra framtida försök att avleda en jordbunden asteroid mer komplicerat, eftersom varje rotation kan påverka en asteroids väg genom rymden.

När DART slår in i Dimorphos kommer energin från nedslaget att vara jämförbar med tre ton TNT som exploderar och skickar tusentals skräpbitar spyr ut i rymden . Statler beskriver det som en golfbil som färdas i 15 000 miles i timmen och slår in i sidan av en fotbollsstadion. Kraften av påverkan kommer inte att orsaka några omedelbara förändringar i Dimorphos spin, men inom några dagar kommer saker och ting att börja förändras, enligt Agrusa och hans team.

Snart kommer Dimorphos att börja vingla väldigt lite. Denna wobbling kommer att växa och växa när impulsen från stöten gör att Dimorphos rotation ur balans, utan friktion i rymdens vakuum för att bromsa den. Dimorfos kan börja snurra på ett och annat sätt. Det kan börja rotera längs sin långa axel, som ett rotisserie. För en observatör på Didymos som tittar upp i himlen kommer denna till synes stillsamma satellit att anta en ny form – och börjar svänga vilt fram och tillbaka, och dess tidigare gömda sidor kommer nu att synas.

Inom några veckor kan Dimorphos snurra så mycket att den går in i ett kaotiskt tumlande tillstånd där den snurrar okontrollerat runt sina axlar. I mer extrema scenarier kan tidvattenlåset med Didymos gå sönder helt och Dimorphos kan börja svänga pladask, säger Agrusa.

Exakt vad som kommer att hända beror på några saker. Dimorphos form kommer att spela en viktig roll - om den är mer långsträckt snarare än sfärisk kommer den att snurra mer kaotiskt. Radarobservationer hittills tyder på att den är långsträckt, men vi vet inte förrän bara timmar innan DART träffar, när den får sin första syn på sitt lilla mål.

Placeringen av påverkan kommer också att spela en roll. DART kommer att sikta mot centrum av Dimorphos, målet är att ge den största mängden kraft för att ändra dess omloppsbana, men ju mer off-center den är, desto mer kaotisk kommer den resulterande snurran att bli. I de flesta scenarier bör dock Dimorphos svänga dramatiskt fram och tillbaka eller ramla i många riktningar inom några veckor.

När ESA:s Hera-uppdrag anländer fem år senare kan scenen bli ganska dramatisk, med Dimorphos som snurrar vilt i sin omloppsbana runt Didymos som ett resultat av mänsklighetens inflytande. Det kommer sannolikt att dröja årtionden eller till och med århundraden innan gravitationsdraget från Didymos återställer Dimorphos till sitt ursprungliga, förmodade tidvattenlåsta, tillstånd. Möjligheten att Hera kan hitta Dimorphos i ett kaotiskt tumlande tillstånd är verkligen intressant och riktigt spännande, säger Statler.

Heras ankomst kommer att vara det enda sättet vi säkert kommer att veta vad som har hänt med Dimorphos spin, eftersom DART kommer att förstöras av nedslaget och Dimorphos är för liten för att ses i detalj från jorden. En liten italiensktillverkad satellit ringde LICIACube kommer att placeras ut före nedslaget och kommer att ta bilder under evenemanget när det susar förbi, men det kommer bara att göra det i några minuter – inte tillräckligt länge för att se hur vacklan tar fäste.

Hera planerar också att placera ut två mindre satelliter som ska försöka landa på Dimorphos yta. Den tumlande rörelsen förväntas inte hindra dessa ansträngningar, men det kan göra dem svårare. Utan ordentlig planering för den kaotiska rotationen kan de två små fordonen studsa runt och inte riktigt hamna där forskarna vill. Att landa på en så liten kropp är hur som helst svårt, säger Patrick Michel från det franska nationella centret för vetenskaplig forskning (CNRS), en av uppdragen som leder på Hera och en medförfattare på Agrusas tidning. Men [detta] gör det inte lättare.

Dimorphos tumlande rörelse förväntas inte påverka DARTs generalrepetition för att en dag rädda jorden, och den kommer inte heller att utgöra någon fara för oss på planeten, men det kan finnas en del vetenskapligt användbar information från evenemanget. Asteroidernas spinntillstånd kan påverka andra egenskaper, till exempel hur mycket solljus de reflekterar, vilket kan ha en inverkan på deras banor - möjligen något att ta hänsyn till vid ett framtida asteroidavböjningsuppdrag. Det är inte så enkelt som att bara krascha en rymdfarkost i asteroiden, säger astronomen Paul Wiegert från University of Western Ontario. Det finns mycket fysik du behöver förstå.

Att observera systemet i år, decennier eller till och med århundraden kommer också att ge oss en aldrig tidigare skådad möjlighet att se hur ett binärt asteroidsystem utvecklas efter att ha upplevt en sådan här påverkan. Enbart Hera skulle kunna ge oss en indikation på hur stark tidvatteneffekten är för att återställa systemet till sitt normala tillstånd, vilket hjälper oss att förstå gravitationsförhållandet mellan två asteroider som dessa.

Vi är på väg att se vad som händer när vi slår in en golfbil på en stadion. Resultaten kan bli ganska kaotiska. Det är väldigt coolt, säger Federica Spoto, som studerar asteroiddynamik vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Massachusetts. Vi modifierar verkligen ett system.

Dölj