最后更新：2025年10月19日

迪迪莫斯和双形态星：人类移动的第一颗小行星卫星

迪迪莫斯和迪莫弗斯——艺术视角 — 迪迪莫斯和迪莫弗斯这对近地小行星在未来100年内不会对地球构成威胁。然而，DART任务（动能撞击）于2022年9月26日撞击了迪莫弗斯。图片来源：NASA/约翰斯·霍普金斯应用物理实验室

双星系统迪迪莫斯及其卫星双形态

一个近地双小行星系统

双星系统Didymos–Dimorphos是一对S型近地小行星。 Didymos（希腊语意为"双胞胎"）于1996年被发现，直径约780米，每2.26小时自转一周。其伴星Dimorphos（希腊语意为"具有两种形态"）直径约160米，以平均1.18公里的距离绕Didymos运行，轨道周期为11小时55分钟。

注：S型近地小行星富含硅酸盐和金属，主要由橄榄石和辉石组成。其高反照率（\(0.20 < p_V < 0.35\)）表明表面相对年轻。这类天体（如迪迪莫斯）在内太阳系中较为常见，属于近地天体家族。

相互轨道上的碎石堆

这两颗小行星构成了一个不可分割的双星系统，依靠微弱的引力相互维系。它们并非坚固的岩石块，而是由碎石堆聚而成，结构松散且形状极不规则。换言之，它们是依靠极其微弱的引力聚合在一起的两团岩石群。

非对称引力动力学

对迪迪莫斯-迪莫弗斯系统的科学兴趣在于其轨道稳定性以及两个天体之间显著的质量差异（质量比约为1:35）。迪迪莫斯（意为“双胞胎”）以其引力主导整个系统，而较小的迪莫弗斯则作为天然卫星运行，其表面持续经历由主天体投射的光影交替。

注：“Dimorphos”一词在古希腊语中字面意为“具有两种形态”。它指代该天体的双重性质：既是天然卫星，又是实验目标，其形状与轨道因DART撞击而改变。

实验背景：DART、目标与测量

DART任务的理想目标

该系统的几何结构使得通过地球观测到的掩星和光照效应，能够精确测量轨道周期的变化。这一特性使NASA于2022年实施的DART任务成为可能，该任务旨在通过动能撞击测试轨道偏转技术。对迪迪莫斯及其"阴影"迪莫弗斯的研究，为理解小天体的内部凝聚力以及太阳系中双星系统的复杂动力学提供了天然模型。

撞击迪莫弗斯

DART任务（动能撞击）于2022年9月26日撞击迪莫弗斯，旨在通过受控动能撞击展示改变近地天体轨迹的能力。选择迪迪莫斯-迪莫弗斯双星系统可实现精确测量：通过地球光度测量中的相互掩星现象，可获取撞击前后卫星的轨道周期。综合分析显示，该周期缩短约33分钟（−33.0 ± 1.0分钟）。

轨道变化的物理方面

对于密近双星系统，轨道周期 \(T\) 与平均距离 \(a\) 及总质量 \(M\) 的关系，可由开普勒第三定律针对小质量天体修正的简化形式表示：\(\; T = 2\pi \sqrt{\dfrac{a^{3}}{G M}}\;\)。一条天文学基本定律：开普勒曾提出一个简洁的引力法则：天体距其绕行中心越近，运动速度越快。这一规律适用于地球绕太阳、月球绕地球，以及双卫一绕双小行星的运行。

冲击效应：放缓

DART任务并没有像人们通常认为的那样“推动”Dimorphos侧向移动，而是主要减缓了它在轨道上的运行速度。

后果：更低且更快的轨道

通过减缓其运动速度，DART使Dimorphos失去了部分维持其轨道的能量。结果，它无法像之前那样抵抗Didymos的引力，从而向后者靠近。根据开普勒定律，随着距离缩短，其轨道速度会增加。"更短距离"与"更高速度"的结合导致完成一圈轨道所需的总时间（轨道周期）缩短。

观察到的结果

这正是测量到的结果：迪莫弗斯（Dimorphos）的轨道变得更小、更快，其"公转周期"缩短了33分钟。这一显著变化直接证明，撞击成功改变了这颗小行星的运行轨迹。

Dimorphos的力学意义（结构、形状与旋转）

特写数据和图像显示，Dimorphos 很可能是一个碎石堆结构。这种松散凝聚的结构有利于产生大量喷射物及撞击后形变。研究表明其形状从扁球体（两极扁平）演变为长球体（沿轴拉长）。

前景：赫拉任务与精细表征

欧洲航天局（赫拉任务）旨在抵达迪迪莫斯系统，现场测量迪莫弗斯陨石坑的形态、质量及内部特性，并验证动量传递模型。

赫拉将能够精确估算\(\beta\)值，绘制石块尺寸分布图，并评估宏观孔隙度。这些测量对于推断动能撞击方法在应对潜在威胁地球的天体时的可扩展性至关重要。

事件与来源汇总表

以下是主要实验里程碑的合成表格，附有可观察的参考文献。

年表与主要来源
年	事件	任务或天文台	如何
1996	小行星迪迪莫斯的发现	基特峰天文台	被识别为S型近地小行星
2003	小卫星Dimorphos的发现	阿雷西博天文台	雷达观测揭示Didymos–Dimorphos双小行星系统
2022	DART任务对Dimorphos的影响	DART – 美国国家航空航天局	首次通过动能撞击实现轨道偏转的演示
2024–2026	赫拉任务的准备与发射	ESA	对形成的弹坑进行观察并精确测量偏转量