TIỂU HÀNH TINH ĐƯỢC DART LÁT LẠI MẶT

Khi tàu DART của NASA đâm vào Dimorphos ngày 26 tháng 9 năm 2022, nó đã làm thay đổi quỹ đạo của tiểu hành tinh nhỏ này quanh người bạn đồng hành lớn hơn, Didymos. Các kính thiên văn và tàu thăm dò nhỏ LICIACube đã quan sát một chùm mảnh vụn bay ra. Động lượng được truyền và hình dạng của chùm đó cho thấy Dimorphos là một đống đá vụn (rubble pile): một khối lỏng lẻo gồm các tảng đá và sỏi, chỉ vừa đủ gắn kết với nhau.

Thế nhưng những cấu trúc bên trong khác nhau đều có thể khớp với các quan sát đó. Một nhóm từ Bỉ và Romania đặt câu hỏi mảnh vụn đã đi đâu sau đó, và điều đó có ý nghĩa gì đối với sứ mệnh Hera của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, sẽ tới cặp tiểu hành tinh này vào cuối năm 2026 để hoàn tất thí nghiệm DART.

Tám triệu hạt và một quả cầu 580 kilôgam

Các nhà nghiên cứu sử dụng một mã thủy động lực học hạt trơn (smoothed particle hydrodynamics, SPH), chia một vật thể thành hàng triệu hạt nhỏ mang khối lượng và đẩy lẫn nhau — khoảng 8 triệu hạt mỗi lần chạy.

DART được mô hình hóa thành một quả cầu nhôm 580 kilôgam va chạm ở vận tốc 6,14 km/s, theo quỹ đạo đã được tái dựng.
Dimorphos là một khối elipsoit kích thước khoảng 177 × 151 × 116 mét: các tảng đá góc cạnh có đường kính từ 2,2 đến 18 mét, nằm trong lớp sỏi có 45% là khoảng trống.
Phiên bản thứ hai thêm một tảng đá 64 mét ở trung tâm. Hai vật thể nặng 3,53 và 3,79 tỷ kilôgam.
Lực hút của Didymos, cách 1,2 km, và chuyển động quay của cặp tiểu hành tinh đều được tính đến. Mỗi lần chạy bao quát sáu giờ, khoảng một nửa vòng quỹ đạo của Dimorphos quanh Didymos.

Mười ba phần trăm bay lên, mười hai phần trăm rơi xuống

Cú va chạm hất văng khoảng 13% khối lượng Dimorphos, phần lớn với vận tốc vài centimet mỗi giây.
Khoảng 12% khối lượng tiểu hành tinh rơi trở lại nó. Khoảng 1% bị Didymos bắt giữ hoặc vẫn bị ràng buộc với cặp tiểu hành tinh; chỉ khoảng 0,2% thoát khỏi hệ.
Khoảng 80% vật chất quay về đã rơi xuống trong vòng 30 phút.

Thay vì một hố va chạm hình lòng chảo, cú va chạm để lại một hố trũng đáy phẳng. Mảnh vụn quay về phủ kín toàn bộ bề mặt, nhưng không đều: dày hơn 8 mét quanh rìa hố trũng, chỉ vài chục centimet gần điểm đối chân, tức điểm đối diện với nơi va chạm. Trong trọng lực yếu như vậy, lực hút của Didymos và chuyển động quay của cặp tiểu hành tinh làm cong đường đi của các mảnh vụn chậm; nếu không có các hiệu ứng này, các mô phỏng trước đây cho ra một lớp phủ đồng đều.

Các tảng đá lớn xuyên qua lớp mảnh vụn đang rơi, vẫn lộ ra ngoài và che chắn mặt đất phía sau chúng. Tảng đá trung tâm hầu như không làm thay đổi bức tranh tổng thể: ở xa rìa hố và xa các tảng đá, lớp mảnh vụn của hai mô hình thường chênh nhau về độ dày dưới một mét.

Trái: mặt cắt của hai tiểu hành tinh mô phỏng trước và sau va chạm (hàng dưới: có tảng đá trung tâm). Phải: lớp mảnh vụn phủ của mô hình đồng nhất nhìn từ bốn phía (vàng: mảnh vụn đã rơi xuống; xanh lam: dưới 20 cm). — Hình 1, Raducan et al. (2026), arXiv:2610.35718.

Trọng lực với những chỗ gồ mới

Trước va chạm, hình dạng của tiểu hành tinh quyết định sự phân bố trọng lực trên bề mặt. Sau đó, bức tranh tổng thể hầu như không thay đổi, nhưng xuất hiện những biến đổi cục bộ, lên tới khoảng 0,004 milimét trên giây bình phương (trọng lực được đo bằng vận tốc mà một vật rơi tăng thêm mỗi giây) — xấp xỉ 10% trọng lực cục bộ trước va chạm. Những chỗ gồ mới chủ yếu đến từ các tảng đá cỡ mét: bị hất ra chậm hơn sỏi, chúng có xu hướng ở lại trên tiểu hành tinh, và cú va chạm cũng đào lên cả những tảng bị chôn vùi.

Còn tảng đá 64 mét ẩn giấu thì sao? Nó làm trọng lực mạnh hơn ở mọi nơi, đơn giản vì vật thể nặng hơn, nhưng không để lại dấu hiệu đặc trưng nào — trừ ở một nơi. Bên trong hố trũng, việc đào xới đã đưa bề mặt lại gần nó thêm khoảng 20 mét. So với một vật thể cùng hình dạng và mật độ đồng nhất (dị thường Bouguer, Bouguer anomaly), trọng lực ở đó cao hơn khoảng 10% — một con số 10% khác với con số ở trên, vốn so sánh tiểu hành tinh trước và sau va chạm — một tín hiệu không có trong mô hình đồng nhất.

Sáu bản đồ màu của trọng lực bề mặt theo kinh độ và vĩ độ, với một mảng đỏ quanh điểm va chạm ở bản đồ dưới cùng bên phải. Trọng lực bề mặt mô phỏng trước (trên) và sáu giờ sau va chạm (giữa), và phần thay đổi (dưới), không có (trái) và có (phải) tảng đá trung tâm; dấu thập đánh dấu điểm va chạm. — Hình 3, Raducan et al. (2026), arXiv:2610.35718.

Những gì các thiết bị của Hera sẽ gặp

Hera sẽ đo hình dạng và khối lượng của cặp tiểu hành tinh. Vệ tinh CubeSat nhỏ của nó, Juventas, sẽ thăm dò Dimorphos bằng một radar tần số thấp, JuRa, và sau khi hạ cánh, đo trọng lực cục bộ bằng trọng lực kế GRASS. Máy chụp ảnh HyperScout-H sẽ ghi lại bề mặt trong các dải ánh sáng hẹp từ 0,65 đến 0,95 micromét.

Màu sắc. Ánh sáng phản xạ chỉ thăm dò vài micromet (phần nghìn milimet) trên cùng của bề mặt, và ngay cả lớp bồi tụ mỏng nhất được dự đoán cũng dày hơn thế: trong các màu của HyperScout-H, phần lớn Dimorphos có thể trông như vừa được phủ mặt mới, cho thấy mảnh vụn của DART thay vì bề mặt vốn có trước đó. Bề mặt cũ nhiều khả năng còn tồn tại gần điểm đối chân và bên cạnh các tảng đá che chắn.
Trọng lực. Những thay đổi được dự đoán lớn hơn khoảng một trăm lần so với mức GRASS có thể phát hiện. Các tảng đá gần đó và lớp mảnh vụn không đều có thể làm lệch cả độ lớn lẫn hướng của lực hút mà nó đo được.
Chiều sâu. Phần bên trong sâu dễ cảm nhận nhất là từ bên trong hố trũng. Nhưng một điểm đo có thể không đại diện cho cả tiểu hành tinh, và chỉ riêng trọng lực không thể tách bạch tảng đá nông với tảng đá sâu: radar, vốn nhìn được vào bên trong, phải lấp khoảng trống đó.

Sáu giờ, hai thái cực

Đây là hai phiên bản thái cực của Dimorphos, không phải Dimorphos thật; cả hai đều nặng hơn một ước tính gần đây rút ra từ chuyển động của nó, khoảng 2,7 tỷ kilôgam. Các độ dày giả định rằng sỏi rơi xuống kém đặc hơn 20% so với trước; nếu nó xốp hơn, các lớp sẽ dày hơn mức được báo cáo. Và khi mô phỏng dừng lại ở mốc sáu giờ, 6% mảnh vụn cuối cùng vẫn đang bay vòng quanh cặp tiểu hành tinh, trên những đường đi có thể mất từ vài ngày đến vài tuần mới kết thúc.