새로운 연구에 따르면 NASA의 이중 소행성 방향 전환 테스트(Double Asteroid Redirection Test) 우주선이 2022년 9월 소행성 디모르포스(Dimorphos)에 의도적으로 충돌했을 때 그 충격으로 인해 우주 암석이 '전 지구적인 변형'을 일으켰을 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.
DART 임무의 목표는 행성 방어를 대신하여 소행성 편향 기술에 대한 본격적인 테스트를 수행하고 우주선이 시속 13,645마일(초당 6.1km)의 속도로 소행성에 충돌하는 것과 같은 운동학적 영향이 있는지 확인하는 것이었습니다. — 우주에서 천체의 움직임을 바꾸는 데 충분할 것입니다.
디모르포스(Dimorphos)는 디디모스(Didymos)로 알려진 더 큰 모소행성 주위를 공전하는 위성 소행성입니다. 둘 다 지구에 위협이 되지는 않지만, 이중 소행성 시스템은 편향 기술을 테스트하기 위한 완벽한 표적이었습니다. 왜냐하면 Dimorphos의 크기가 지구에 위협을 가할 수 있는 소행성과 비슷하기 때문입니다.
충돌 당일부터 천문학자들은 지상 망원경의 데이터를 사용하여 DART 우주선이 디모르포스의 궤도 주기, 즉 디디모스 주위를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간을 약 32~33분 정도 변경했는지 확인했습니다. 그러나 미래에 지구와 충돌할 가능성이 있는 소행성의 방향을 바꾸는 방법을 이해하는 데 필요한 또 다른 중요한 정보는 우주 암석의 구성입니다.
위협을 가하는 다양한 유형의 소행성(단단하고 돌이 많은 소행성이든 중력에 의해 사실상 느슨한 암석 더미인 잔해 더미이든)에는 다양한 편향 기술이 필요합니다.
소행성 표면에서 최초로 물 분자 발견
DART 임무는 충돌로 종료되었지만 Dimorphos와 충돌하기 전에 우주선은 작은 소행성의 바위로 덮인 표면에 대한 믿을 수 없을 만큼 상세한 뷰를 전송하여 연구자들이 우주 암석이 어떻게 형성되었는지 더 자세히 알 수 있도록 도와주었습니다.
천문학자들은 또한 지상 및 우주 기반 망원경과 DART 임무를 잠시 추적하고 5분 20초 동안 여파를 이미지화한 이탈리아 LICIACube 위성을 사용하여 후속 관측을 수행할 수 있었습니다.
관찰 결과, 그 충격으로 인해 거대한 파편 기둥이 우주로 방출된 것으로 나타났습니다.
이제 연구자들은 이 모든 데이터를 소프트웨어에 넣어 소행성이 충돌에 어떻게 반응했는지, 어떤 종류의 분화구가 남겨졌는지 결정하는 등 남은 주요 질문에 답하는 데 도움을 줌으로써 조사를 한 단계 더 발전시켰습니다.
결과는 Dimorphos에 단순한 분화구를 형성하는 대신 DART 충돌로 전체 소행성을 재구성했다고 제안했습니다. 이 발견을 설명하는 연구는 월요일 Nature Astronomy 저널에 게재되었습니다.
이 발견은 천문학자들이 소행성 편향 기술의 효과를 더 잘 이해하기 위해 Dimorphos를 통해 미래의 임무를 수행할 때 무엇을 발견하게 될지 준비할 수 있도록 해줄 것입니다.
DART 효과 재현
연구진은 결과를 얻기 위해 Bern 평활 입자 유체 역학 충격 물리학 코드를 사용하여 충격을 모델링했습니다.
이는 “충격 이벤트를 시뮬레이션하도록 설계된 계산 도구입니다. 일반적으로 충격-물리학 코드는 충돌 및 충격 과정 연구에 필수적입니다. 그들은 재료 모델과 다공성 모델을 포함한 다양한 모델을 통합하여 고압 및 온도와 같은 초고속 충격 이벤트 중 물리적 조건을 정확하게 표현합니다.”라고 우주 연구 및 행성학과의 박사후 연구원인 Sabina Raducan 박사는 말했습니다. 스위스 베른 대학교 물리학 연구소에서 과학을 전공했습니다.
이 소프트웨어는 2019년 일본의 하야부사2 우주선이 류구 소행성에 작은 구리 충격기를 쳤을 때를 포함하여 다른 충격을 복제하여 검증되었습니다.
팀은 250번의 시뮬레이션을 실행하여 DART 충돌 후 처음 2시간 동안 가지고 있는 데이터를 기반으로 "바위 포장의 밀착성, 밀도, 재료의 다공성과 전반적인 응집력. 우리는 또한 디모르포스와 유사한 운석의 물리적 특성을 기반으로 몇 가지 합리적인 가정을 했습니다.”라고 Raducan은 말했습니다.
시뮬레이션을 실행한 후 팀은 원본 DART 데이터와 가장 밀접하게 일치하는 것에 집중했습니다.
결과는 디모르포스(Dimorphos)가 디디모스(Didymos) 소행성에서 떨어져 나온 암석 물질로 만들어진 잔해 더미로, 약한 중력에 의해 서로 결합되어 있음을 나타냅니다.
Hera Impact Physics의 공동 의장이자 베른 대학 물리학 연구소의 공동 저자인 Martin Jutzi 박사는 "지구에서는 중력이 크레이터링이 잠깐 발생하여 일반적인 크레이터링 원뿔 각도 약 90도를 생성합니다."라고 말했습니다. 워킹 그룹, 성명서. “DART의 Dimorphos 충돌에서 우리가 본 것은 주로 소행성 표면의 곡선 모양에 영향을 받아 최대 160도까지 확장되는 훨씬 더 넓은 분출 원뿔 각도였습니다. 그리고 중력과 물질의 응집력이 너무 낮기 때문에 분화구는 계속 팽창했습니다.”
그 결과, 분화구는 기본적으로 디모르포스 전체를 덮을 정도로 커졌고, 소행성의 모양도 완전히 바뀌었습니다.
헤라 미션
Raducan과 Jutzi는 DART 충돌의 여파를 관찰하기 위해 10월에 우주선을 발사하여 2026년 말에 도착할 유럽 우주국의 Hera 임무에 참여하는 조사팀의 일원입니다. CubeSat 한 쌍과 함께 , 임무는 디모르포스의 구성과 질량, 그리고 그것이 충격에 의해 어떻게 변형되었는지 연구하고 우주선에서 소행성으로 얼마나 많은 운동량이 전달되었는지를 결정할 것입니다.
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"우리의 시뮬레이션에 따르면 Dimorphos의 초기 비행 접시 모양은 충격 측면이 무뎌졌습니다. Dimorphos가 초콜릿 M&M과 비슷하게 시작했다고 생각하면 이제는 한 입 베어 물린 것처럼 보일 것입니다!" Raducan이 말했다.
퀸의 기타리스트이자 천체물리학자인 브라이언 메이 경(Sir Brian May)은 공동 작업자이자 화학 공학자, 재료 연구원인 클라우디아 만조니(Claudia Manzoni)와 함께 팀이 재편성 이벤트에 대해 더 많은 결정을 내릴 수 있도록 입체 이미지를 공유했습니다.
연구팀은 충돌로 인해 디모르포스 전체 질량의 1%가 우주로 쫓겨났고, 소행성 질량의 8%가 이동했다고 믿고 있다.
Raducan은 "Hera는 아마도 DART가 남긴 분화구를 찾지 못할 것입니다."라고 말했습니다. "그 대신 발견하게 될 것은 매우 다른 몸체가 될 것입니다."
* 원문 : Asteroid is a ‘very different body’ after being hit by NASA spacecraft, scientists say
* 출처 : cnn.com
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