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被DART重新铺了一层地面的小行星

2022年9月26日，NASA的DART航天器撞击了迪莫弗斯（Dimorphos），改变了这颗小行星绕其更大伙伴迪迪莫斯（Didymos）运行的轨道。望远镜和小型探测器LICIACube观测到一股碎屑羽流飞散而出。传递的动量以及羽流的形状表明，迪莫弗斯是一个碎石堆（rubble pile）：一堆松散的巨石和砾石，勉强聚在一起。

然而，不同的内部结构都能与这些观测相符。一个来自比利时和罗马尼亚的团队追问：这些碎屑接下来去了哪里？这对欧洲空间局的Hera任务又意味着什么？Hera将于2026年底抵达这对小行星，以完成DART实验。

八百万个粒子和一个580千克的球

研究人员使用了一种光滑粒子流体动力学（SPH）程序，它把一个天体切分成数以百万计的小粒子，这些粒子携带质量并相互推挤——每次运行约800万个。

  • DART被设定为一个580千克的铝球，沿重建的轨迹以6.14 km/s的速度撞击。
  • 迪莫弗斯被设定为一个约177 × 151 × 116米的椭球体：直径2.2到18米的棱角巨石，嵌在45%为空隙的砾石之中。
  • 另一个版本在中心加入了一块64米的巨石。两个天体的质量分别为35.3亿千克和37.9亿千克。
  • 模拟考虑了1.2公里外迪迪莫斯的引力以及这对小行星的旋转。每次运行覆盖六小时，约为迪莫弗斯绕迪迪莫斯一圈的一半。

13%飞起，12%落回

  • 撞击抛出了约13%的迪莫弗斯质量，大多数的速度只有每秒几厘米。
  • 相当于这颗小行星质量约**12%的物质落回到它身上。约1%被迪迪莫斯捕获或仍被束缚在这对小行星周围；只有约0.2%**逃离了这个系统。
  • 落回的物质中约80%在30分钟内着陆。

撞击没有留下碗状的撞击坑，而是留下了一个平底凹陷。落回的碎屑覆盖了整个表面，但并不均匀：凹陷边缘周围厚达8米以上，而在对跖点——与撞击点相对的那一点——附近只有几十厘米。在如此微弱的引力下，迪迪莫斯的引力和这对小行星的旋转会使缓慢碎屑的路径发生弯曲；在不考虑这些效应的情况下，早先的模拟得出的是一层均匀的覆盖。

大块巨石穿透落下的碎屑，保持裸露，并遮挡了它们后方的地面。中心巨石几乎没有改变整体格局：在远离凹陷边缘和巨石的地方，两个模型的碎屑层厚度差异一般小于一米。

两颗模拟小行星撞击前后的剖面图，以及一颗覆盖着黄色碎屑、带有蓝色斑块的小行星的四幅三维视图。 左：两颗模拟小行星在撞击前后的剖面（下排：带中心巨石）。右：从四个方向看均匀模型的碎屑覆盖层（黄色：落回的碎屑；蓝色：不足20厘米）。——图1，Raducan 等（2026），arXiv:2610.35718。

出现新起伏的引力

撞击前，小行星的形状决定了其表面引力的分布格局。撞击后，大的格局几乎没变，但出现了局部变化，幅度可达约0.004毫米每二次方秒（引力以落体每秒增加的速度来衡量）——大约是撞击前当地引力的10%。这些新的起伏主要来自米级巨石：它们被抛出的速度比砾石慢，往往留在小行星上，而撞击还把埋藏的巨石挖了出来。

那么隐藏的64米巨石呢？它让各处的引力都变强，原因很简单：天体更重了。但它没有留下可供辨识的特征图样——只有一个地方例外。在凹陷内部，挖掘使表面离它近了约20米。与形状相同、密度均匀的天体相比（即布格异常，Bouguer anomaly），那里的引力高出约10%——这与上文比较撞击前后小行星的那个10%不是一回事——而均匀模型中没有这一信号。

六幅以经度和纬度表示的表面引力彩色分布图，右下图中撞击点周围有一块红色区域。 撞击前（上）与撞击六小时后（中）的模拟表面引力，以及两者之差（下），左为无中心巨石，右为有中心巨石；十字标出撞击点。——图3，Raducan 等（2026），arXiv:2610.35718。

Hera的仪器将会遇到什么

Hera将测量这对小行星的形状和质量。它的小型立方星Juventas将用低频雷达JuRa探测迪莫弗斯，并在着陆后用GRASS重力仪测量当地引力。HyperScout-H成像仪将在0.65至0.95微米之间的若干窄波段记录表面。

  • 颜色。 反射光只能探测表面最上层的几微米（微米即千分之一毫米），而即便是预测中最薄的沉积层也比这更厚：在HyperScout-H的色彩中，迪莫弗斯的大部分表面可能看起来像是刚刚翻新过，呈现的是DART撞出的碎屑，而不是原先的表面。旧表面最有可能保留在对跖点附近以及起遮挡作用的巨石旁边。
  • 引力。 预测的变化大约是GRASS所能探测的最小变化的一百倍。附近的巨石和不均匀的碎屑会同时改变它测得的引力的大小和方向。
  • 深度。 在凹陷内部最容易探知深部内部结构。但单一地点未必能代表整颗小行星，而且仅凭引力无法区分浅层巨石和深层巨石：能够看到内部的雷达必须填补这一空白。

六小时，两个极端

这是迪莫弗斯的两个极端版本，而不是真实的它；两者都比最近根据其运动得出的估计值——约27亿千克——更重。厚度的计算假设落回的砾石密度比原来低20%；如果它更蓬松，覆盖层就会比报告的更厚。而当模拟在第六小时停止时，最后**6%**的碎屑仍在绕这对小行星运行，其轨迹可能需要几天到几周才会结束。