TRANSFER MOMENTUM DARI DAMPAK KINETIK MISI DART PADA ASTEROID DIMORPHOS
1. Laboratorium Fisika Terapan Universitas Johns Hopkins
2. Departemen Astronomi, Universitas Maryland, College Park, MD, AS 3. Pusat Penerbangan Luar Angkasa NASA/Goddard
4. Smead Departemen Ilmu Teknik Dirgantara, Universitas Colorado Boulder, CO, Amerika Serikat 5. Penelitian Luar Angkasa dan Ilmu Planet, Physikalisches Institut, Universitas Bern, Swiss 6. INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Italia
7. ASI-Space Science Data Center, Roma, Italia
8. INAF-Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Roma , Italia
9. Kantor Koordinasi Pertahanan Planet dan Divisi Ilmu Planet, Markas Besar NASA, 300 Hidden Figures Way SW, Washington DC 20546, AS
10. Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology 11. Auburn University, Auburn, AL, AS
12. Planetary Science Institute
13. Department of Aerospace Engineering, University of Illinois di Urbana-Champaign, IL, AS 14. Southwest Research Institute
15. Imperial College London
16. Departemen Sains dan Teknologi Dirgantara, Politecnico di Milano, Italia 17. Michigan State University, East Lansing, MI, AS
18. Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA, AS, 94550
19. Museum für Naturkunde - Institut Leibniz untuk Ilmu Evolusi dan Keanekaragaman Hayati, Berlin, Jerman 20. Université Côte d'Azur, Observatoire de la Côte d'Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, Nice, Perancis
21. Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO), Université de Toulouse, Toulouse, Perancis 22. Institut Ilmu Luar Angkasa (CSIC-IEEC)
23. DLR Institute of Planetary Research, Rutherfordstrasse 2, 12489 Berlin, Jerman 24. Freie Universität Berlin, Jerman
25. Department Of Aerospace Engineering, University of Maryland, College Park, MD, USA 26. Badan Antariksa Italia – ASI
27. Departemen Sains dan Teknologi, Universitas Naples "Parthenope", Naples, Italia 28. Institute for Space Astrophysics and Planetology (IAPS)-INAF, Roma, Italia 29. INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italia
30. Politecnico di Milano, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali, Milano, Italia 31. INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Padova, Itali.
32. INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte
33. Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Forlì, Italia
34. INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Italia 35. IFAC-CNR, Italia
Misi Double Asteroid Redirection Test (DART) NASA melakukan dampak kinetik pada asteroid Dimorphos, satelit dari asteroid biner (65803) Didymos, pada pukul 23:14 UTC tanggal 26 September 2022 sebagai uji pertahanan planet1 . DART adalah eksperimen dampak hipervelocity pertama
Pada asteroid dengan skala ukuran dan kecepatan yang relevan dengan pertahanan planet,
Yang dimaksudkan untuk memvalidasi dampak kinetik sebagai cara untuk membelokkan asteroid. Di sini kami melaporkan penentuan pertama
momentum yang ditransfer ke asteroid melalui
tumbukan kinetik.
Berdasarkan perubahan periode orbit biner2 , kami menemukan
Pengurangan seketika pada komponen kecepatan orbit sepanjang jalur Dimorphos sebesar 2,70 ± 0,,10 mm s–1 menunjukkan peningkatan transfer momentum karena mundurnya aliran ejecta yang dihasilkan oleh dampak3,4. Untuk kepadatan curah Dimorphos berkisar antara 1.500 hingga 3.300 kg ,mk–am3i menemukan itu Nilai yang diharapkan dari faktor
peningkatan momentum, , berkisar antara 2,2 dan 4,9, bergantung pada massa Dimorfos. Jika Dimorphos dan Didymos diasumsikan memiliki
Kepadatan yang sama yaitu 2.400 kg m–,3
= . -+ .. ( ). Nilai-nilai ini menunjukkan hal itu
Secara signifikan lebih banyak momentum yang ditransfer ke Dimorphos dari
pelepasan dampak ejecta dibandingkan insiden dengan DART. Oleh karena itu, dampak kinetik DART sangat efektif dalam membelokkan asteroid Dimorphos.
Pengamatan dari pesawat ruang angkasa DART saat melakukan pendekatan menemukan bahwa Dimorphos berbentuk bola
Pepat dengan permukaan yang dipenuhi batu-batu besar, dan pesawat ruang angkasa tersebut
bertabrakan dalam jarak 25 m dari pusat gambar 1 . Ejecta dari dampak DART diamati secara in situ oleh Light Italian Cubesat untuk Pencitraan
Pesawat ruang angkasa Asteroid (liciacube), yang melakukan terbang lintas Dimorphos dengan Pendekatan terdekat sekitar 168 detik setelah tumbukan DART3 . Dampak ejecta diamati lebih lanjut oleh Earth- dan teleskop berbasis ruang angkasa, mengungkap aliran ejecta dan ekor debu serupa dengan yang
Terlihat pada asteroid aktif yang diperkirakan dipicu oleh dampak alam4 . Teleskop dan radar Berbasis darat menentukan bahwa dampak DART mengurangi periode orbit biner sebesar 33,0 ± 1,0 (3 ) menit
2. Sebagai misi uji pertahanan planet, tujuan utama DART adalah untuk menentukan jumlah
momentum yang ditransfer ke benda target relatif terhadap momentum insiden pesawat ruang
angkasa, yang diukur dengan faktor peningkatan momentum (misalny)a, ,yraenfegrednitsein5tu–
k7an oleh keseimbangan momentum dampak kinetic.
Adalah Momentum kejadian DART, dan suku terakhir persamaannya adalah momentum bersih ejecta
Ditulis dalam momentum kejadian pesawat ruang angkasa. Dalam rumusan ini yang dimaksud adalah rasio actual Memberikan momentum pada momentum tumbukan searah dengan momentum ejecta bersih.
Meskipun penelitian sebelumnya telah mendefinisikan penggunaan momentum tumbukan dalam arah normal permukaan7,8, kami memilih untuk menggunakan arah ejecta sebagai referensi agar hasilnya sesuai.
Tidak bergantung pada topografi permukaan. Definisi ini setara jika arah ejeksi berada pada arah normal permukaan. Nilai Ÿ yang mendekati 1 menunjukkan bahwa recoil ejecta hanya memberikan kontribusi yang dapat diabaikan terhadap transfer momentum. A ÿ > 2 berarti kontribusi momentum ejecta melebihi momentum kejadian dari DART.
Keseluruhannya tidak dapat ditentukan dengan informasi yang tersedia9 , tapi komponennya sepanjang
Arah kecepatan orbit Dimorphos, yang disebut sebagai arah sepanjang jalur, dapat diperkirakan Dari data yang tersedia termasuk perubahan periode orbit Dimorphos. Untuk mengekspresikan dalam hal Komponen sepanjang jalur dari, kita ambil hasil kali skalar (1) dengan vektor satuan ÿ di Arah sepanjang jalur. Memecahkan hasil,
= 1+ .
( ÿÿ ÿ ) ( ÿÿ ÿ )
(2)
Untuk sisa pekerjaan ini, kami mengacu pada komponen sepanjang jalur dari perubahan kecepatan Dimorphos, ÿ . Gambar Ÿ 1 menunjukkan geom, esetbargiai dampak DART, termasuk nominalnya Bentuk ellipsoidal yang digunakan untuk Didymos dan Dimorphos dalam analisis kami, dan nominal
Orientasi dari Ÿ ÿ, Dan Ÿ Pada saat dampak.
Hal yang tidak diketahui dalam perhitungan adalah Dan. Kami pertama kali mempekerjakan Monte Carlo
( ÿ ÿ ÿ ) ÿ ( ÿ ÿ ÿ )
Pendekatan untuk menghasilkan distribusi untuk konsisten dengan perubahan periode terukur itu
Mencakup berbagai ketidakpastian yang terlibat. Kami mengambil sampel dari banyak kemungkinan kombinasi parameter sistem Didymos, termasuk luasan bentuk ellipsoid dari asteroid, jarak pemisahan orbit sebelum dan sesudah tumbukan antara pusat massa dua asteroid (yaitu radius orbit sebelum dan sesudah tumbukan Dimorphos), sebelum dan sesudah tumbukan. Periode orbit, dan arah momentum ejeksi bersih ÿ
Kami menggunakan kode masalah dua badan lengkap (GUBAS10, lihat Metode) yang implementasinya digabungkan
Dinamika rotasi dan orbital untuk menentukan secara numerik untuk setiap kombinasi sampel
Parameter masukan. Dinamika berpasangan diperlukan karena bentuk Didymos dan Dimorphos yang non- bola dan kedekatannya dibandingkan dengan ukurannya. Rentang nilai dihasilkan dengan menggabungkan volume parameter bentuk ellipsoid sampel dengan nilai kepadatan Dimorphos. Karena kepadatan Dimorphos belum diukur secara langsung dan memiliki ketidakpastian yang besar, kami memperlakukannya sebagai variabel independen dan secara seragam mengambil sampel berbagai kemungkinan nilai antara 1.500 dan
3.300 kg m–3 , rentang yang mencakup 3ÿ
Ketidakpastian1 . Menggunakan teknik yang dimodifikasi dari ref. 11(lihat Metode), kami melamar Pengamatan ejecta melalui data Hubble dan liciacube untuk mendapatkan pengukuran awal
Dari sumbu geometri kerucut ejecta. Arah sumbu kerucut identik dengan Ÿ
Ejecta plume memegang momentum secara seragam, dan kami Ÿ Menunjuk ke arah kenaikan ke kanan Menemukan (RA) dan deklinasi (Des) masing-masing sebesar 138° dan +13° (lihat Data Tambahan Gambar 1).
Kami menetapkan ketidakpastian konservatif sebesar 15° di sekitar arah ini. Terakhir, juga bergantung pada massa dan kecepatan tumbukan DART, serta orientasi kutub Didymos2 . Jumlah tersebut sudah
Ketidakpastian yang sangat kecil dibandingkan dengan parameter lain yang dibahas sebelumnya dan oleh karena itu diperlakukan sebagai nilai tetap (bukan sampel). Lihat Metode untuk rincian tambahan tentang analisis
Monte Carlo, dan Tabel Data yang Diperluas 1 untuk daftar parameter dan ketidakpastian, dan Data yang Diperluas Tabel 2 untuk kovarians yang digunakan.
Kami
menemukan itu
= ÿ2,70 ± 0,10 (1 ) mm s–1
, berdasarkan periode dampak yang diamati Perubahan –33,0 ± 1,0 (3ÿ) menit dan bentuk serta pemisahan Didymos dan
Dimorfos1,2. Gambar 2 menunjukkan distribusi nilai-nilai dari analisis Monte Carlo, bersama
Dengan mean dan deviasi standar yang sesuai. Penyebaran nilai yang dihasilkan sebagai fungsi kepadatan
Dimorphos, dihitung melalui Persamaan. (2), disajikan pada Gambar. 3, bersama dengan kecocokan linier untuk tren rata-rata versus kepadatan dan interval kepercayaan 1ÿ-nya. Kemiringan linear-fit dinyatakan sebagai faktor Skala pada rasio kepadatan terhadap nilai nominal 2.400 kg m–3 (ref.
Kepadatan nominal Dimorphos, dimana Dimorphos dan Didymos kira- kira sama
+0,19
1
). Untuk itu
3,61ÿ0,25 dengan 1 keyakinan. Rata-rata berkisar antara 2,2–4,9 sebagai kepadatan fungsi, =
Kepadatan pada kisaran 1.500 hingga 3.300 kg m–3 dengan 3 keyakinan., dan secara keseluruhan, berkisar antara 1,9–5,5
Hasil kami konsisten dengan simulasi numerik11–21 dan eksperimen laboratorium22–28 Dampak kinetiknya, yang secara konsisten menunjukkan bahwa diperkirakan akan terjadi antara 1 dan 6. Namun, kombinasi sifat mekanik asteroid yang tidak unik (misalnya, kohesif)
Kekuatan, porositas, dan sudut gesekan) dapat menghasilkan nilai serupa dalam simulasi tumbukan18 . Studi masa depan yang menggabungkan perkiraan dengan kendala tambahan dari geologi lokasi dampak DART1 dan observasi ejecta3,4 akan memberikan wawasan yang lebih luas tentang sifat material Dimorphos. Selain itu, misi Hera29 ESA
direncanakan tiba di sistem Didymos pada akhir tahun 2026. Dengan mengukur massa Dimorphos dan sifat orbital lainnya, Hera akan memungkinkan kita untuk secara signifikan meningkatkan akurasi dan ketepatan penentuan.
Dampak DART menunjukkan bahwa transfer momentum ke asteroid target dapat terjadi secara signifikan melebihi momentum kejadian penabrak kinetik, memvalidasi efektivitas kinetik
Dampaknya untuk mencegah serangan asteroid di masa depan terhadap Bumi. Nilai dari tumbukan kinetik adalah kunci untuk menginformasikan strategi misi (atau misi) penabrak kinetik untuk memitigasi ancaman
Dampak asteroid di masa depan terhadap Bumi30. Jika hasilnya lebih besar dari 2 pada berbagai jenis asteroid, hal ini berarti peningkatan kinerja yang signifikan untuk misi pembelokan asteroid
Penabrak kinetik. Jika > 2, dan bukan ÿ 1, maka tumbukan kinetiknya berukuran sama Dapat membelokkan asteroid tertentu dengan waktu peringatan yang lebih singkat, atau membelokkan asteroid yang lebih besar dengan waktu tertentu Waktu peringatan daripada yang bisa dilakukan sebaliknya.
Referensi
Daly, RT dkk. DART: Dampak Kinetik Otonom pada Asteroid Dekat Bumi untuk Pertahanan Planet. Alam (edisi ini), (2022).
Thomas, CA dkk. Perubahan Periode Orbital Dimorfo Akibat Dampak Kinetik DART.
Alam (edisi ini), (2022).
Dotto, E. Dkk. Liciacube - Cubesat Italia Ringan untuk Pencitraan Asteroid Untuk mendukung Misi DART NASA menuju asteroid (65803) Didymos. Planet. Sains Luar Angkasa. 199, 105185 (2021).
Li, J.-Y. Dkk. Ejecta dari asteroid aktif Dimorphos yang diproduksi DART. Alam (ini Terbitan), (2022).
Ahrens, TJ & Harris, AW Lendutan dan Fragmentasi Asteroid Dekat Bumi. Di dalam Bahaya Akibat Komet dan Asteroid 897 (1994).
Holsapple, KA & Housen, KR Perpindahan momentum akibat tumbukan asteroid. I. Teori dan Penskalaan. Ÿcarus 221, 875–887 (2012).
Rivkin, AS dkk. Uji Pengalihan Asteroid Ganda (DART): Pertahanan Planet Investigasi dan Persyaratan. Planet. Sains. J.2 , 173 (2021).
Feldhacker, JD dkk. Ketergantungan Bentuk Lendutan Kinetik Asteroid. J.Panduan.
Kontrol Dyn. 40, 2417–2431 (2017).
Richardson, DC dkk. Prediksi Keadaan Dinamis Sistem Didymos sebelumnya
Dan setelah Dampak DART yang Direncanakan. Planet. Sains. J.3 , 157 (2022).
Davis, AB & Scheeres, DJ Parameter massa asteroid biner sinkron ganda Kemampuan observasi. Ikarus 341, 113439 (2020).
Jutzi, M. & Michel, P. Dampak hipervelocity pada asteroid dan transfer momentum I.
Simulasi numerik menggunakan target berpori. Ÿcarus 229, 247–253 (2014).
Bruck Syal, M., Michael Owen, J. & Miller, PL Lendutan akibat dampak kinetik: Sensitivitas terhadap Sifat asteroid. Ikarus 269, 50–61 (2016)
Cheng, AF dkk. Misi Penilaian Dampak & Defleksi Asteroid: Penabrak kinetik.
Planet. Sains Luar Angkasa. 121, 27–35 (2016).
Raducan, SD, Davison, TM, Luther, R. & Collins, GS Peran kekuatan asteroid,
Porositas dan gesekan internal dalam transfer momentum tumbukan. Ikarus 329, 282–295 (2019).
Raducan, SD, Davison, TM & Collins, GS Efek lapisan asteroid pada ejecta
Distribusi kecepatan massa dan implikasinya terhadap transfer momentum dampak. Planet. Sains Luar Angkasa.
180, 104756 (2020).
Rainey, ESG dkk. Pemodelan dampak untuk Uji Pengalihan Asteroid Ganda (DART) Misi. Int. J. Dampak Eng. 142, 103528 (2020).
Kumamoto, KM dkk. Memprediksi Sifat Material Asteroid dari Kinetik mirip DART Dampak. Planet. Sains. J.3 , 237 (2022).
Stickle, AM dkk. Pengaruh Parameter Dampak dan Target Terhadap Hasil Kinetika Impactor: Prediksi Misi Double Asteroid Redirection Test (DART). Planet. Sains.
J.3 , 248 (2022).
Owen, JM, decoster, ME, Graninger, DM & Raducan, SD Geometri Pesawat Luar Angkasa Efek pada Misi Penabrak Kinetik. Planet. Sains. J.3 , 218 (2022).
Luther, R. Dkk. Peningkatan Momentum selama Dampak Kinetik di Wilayah Menengah Rendah Rezim kekuatan: Pembandingan dan Validasi Kode Fisika Guncangan Dampak. Planet. Sains.
J.3 , 227 (2022).
Decoster, ME, Rainey, ESG, Rosch, TW & Stickle, AM Signifikansi Statistik
Parameter Misi pada Efisiensi Lendutan Dampak Kinetik: Penerapannya untuk Masa Depan Generasi Penabrak Kinetik. Planet. Sains. J.3 , 186 (2022).
Walker, JD, Chocron, S., Grosch, DJ, Marchi, S. & Alexander, AM Momentum
Peningkatan dari Bola Aluminium Diameter 3 cm yang Menabrak Rakitan Batu Kecil di 5,4 km dtk ÿ1 . Planet. Sains. J.3 , 215 (2022).
Flynn, GJ dkk. Kawah berkecepatan tinggi dan gangguan target batu apung berpori:
Implikasinya terhadap produksi kawah, gangguan bencana, dan transfer momentum pada pori-pori Asteroid. Planet. Sains Luar Angkasa. 107, 64–76 (2015).
Flynn, GJ dkk. Dampak kecepatan tinggi dari kawah meteorit kondritik: Implikasinya Mundurnya asteroid. Procedia Eng. 204, 146–153 (2017).
Durda, DD dkk. Eksperimen dampak laboratorium dengan target skala desimeter hingga meter Mengukur peningkatan momentum. Planet. Sains Luar Angkasa. 178, 104694 (2019).
Flynn, GJ dkk. Transfer momentum dalam kawah meteorit dan meteorit berkecepatan tinggi Analog: Implikasi terhadap evolusi orbit dan defleksi dampak kinetik asteroid. Int. J.
Dampak Eng. 136, 103437 (2020).
Hoerth, T., Schäfer, F., Hupfer, J., Millon, O. & Wickert, M. Transfer Momentum dalam
Eksperimen Dampak Kecepatan Tinggi pada Target Batuan. Procedia Eng. 103, 197–204 (2015).
Walker, JD dkk. Peningkatan momentum dari aluminium menyerang granit dan skalanya Efek ukuran. Int. J. Dampak Eng. 56, 12–18 (2013).
Michel, P. Dkk. Misi ESA Hera: Karakterisasi Terperinci dari Dampak DART Hasil dan Asteroid Biner (65803) Didymos. Planet. Sains. J.3 , 160 (2022).
Statler, TS dkk. Setelah DART: Menggunakan Tes Skala Penuh Pertama dari Penabrak Kinetik untuk Menginformasikan
Misi Pertahanan Planet Masa Depan. Planet. Sains. J.3 , 244 (2022).
Gambar 1. Geometri dampak DART pada Dimorphos. Orbit sebelum tumbukan ditunjukkan dengan a garis padat di sekitar Didymos. Garis putus-putus menggambarkan perubahan orbit akibat tumbukan. Arah kutub positif Didymos adalah ÿÿ (menunjuk ke bawah di panel bawah). Arah datang DART adalah Ÿ, arah momentum ejecta bersih adalah Ÿ (yang menunjuk pada kenaikan ke kanan (RA) Dan deklinasi (Des) masing-masing 138° dan +13°), dan arah orbital Dimorphos Gerak yang disebut arah sepanjang lintasan adalah ÿ . Posisi relatif Matahari dan Bumi juga ditunjukkan. Panel atas memperlihatkan pemandangan dari kutub negatif Didymos arah, sedangkan panel bawah memberikan tampilan perspektif.
Gambar 2. Distribusi probabilitas, komponen sepanjang jalur perubahan Kecepatan Dimorphos yang disebabkan oleh dampak DART, dihasilkan oleh analisis Monte Carlo kami sampel atas ketidakpastian parameter masukan.
Histogram terdiri dari 100.000 Monte Carlo Sampel dan dinormalisasi ke area kesatuan. Kesesuaian Gaussian dengan distribusi menunjukkan a rata-rata –2,70 mm s–1 dengan standar deviasi 0,10 mm s–1
Gambar 3. Sebagai fungsi kepadatan massal Dimorphos, dari analisis dinamik Monte Carlo. Sampel individu diplot sebagai titik, sedangkan kesesuaian linier untuk mean diplot sebagai Garis padat dan garis putus-putus
menunjukkan selang kepercayaan 1ÿ. Bilah warna menunjukkan Massa Dimorphos yang sesuai dengan setiap sampel Monte Carlo, yang ditentukan berdasarkan jumlah besar kepadatan dan volumenya. Kisaran kepadatan yang ditampilkan sesuai dengan kisaran 3 kepadatan Sistem Didymos, sedangkan wilayah yang diarsir menyoroti kisaran 11 . Jika massa jenis Dimorphos adalah 2.400 kg m–3 , kepadatan Didymos dan Dimorphos akan sama dengan system +0,19 Kepadatan, dan = 3,61ÿ0,25 (1ÿ). Untuk konteksnya, kepadatan 3 asteroid dekat Bumi tipe S lainnya Berada dalam kisaran yang ditunjukkan: 433 Eros28 pada 2.670 ± 30 kg m–3 ; 25143 Itokawa29 pada 1.900 ± 130 kg m–3 ; 66391 Moshup30 pada 1.970 ± 240 kg m–3 .
Metode
Penentuan Numerik dan Beberapa parameter mempengaruhi nilai seperti disajikan pada Persamaan. (2): , Dan.
Sepanjang- Perubahan kecepatan lintasan,
Tergantung pada perubahan periode orbit, sumbu semimayor sebelum tumbukan, dan Bentuk Didymos dan Dimorphos, sedangkan tergantung pada bentuk dan kepadatan Dimorphos (yang tidak diukur). Ÿ Adalah satu- satunya parameter yang diamati secara langsung, tetapi masih ada Ketidakpastian yang cukup besar. Jadi, ada 12 total parameter masukan yang tidak diketahui: 3 panjang sumbu untuk Bentuk elips Didymos (, ,), 3 panjang aksial untuk bentuk ellipsoidal Dimorphos( , , ), kepadatan massal Dimorphos, sumbu semimayor orbit pra-dampak pra-dampak Periode orbit dan periode orbit pasca tumbukan dan 2 sudut untuk menentukan ejecta Vektor arah momentum (ÿ). Data yang Diperluas Tabel 1 mencantumkan nilai parameter masukan ini dan Ketidakpastiannya, bersama dengan jumlah tambahan yang diketahui yang diperlukan untuk menghitung. Untuk memperhitungkan Dalam kumpulan ketidakpastian masukan yang besar ini, kami menggunakan pendekatan Monte Carlo yang mana 100.000 kemungkinan kasus dihasilkan dengan mengambil sampel secara acak dari parameter masukan dalam ketidakpastiannya. Kami Asumsikan massa pesawat ruang angkasa DART, vektor kecepatan tumbukan DART, dan arah kecepatan orbit Dimorphos (disebut sebagai arah sepanjang jalur) semuanya diketahui secara tepat karena ketidakpastiannya sangat kecil dibandingkan dengan ketidakpastian parameter masukan lainnya. Sumbu semimayor orbit sebelum tumbukan, periode orbit sebelum tumbukan, dan periode orbit pasca tumbukan adalah Diambil sampelnya sebagai distribusi Gaussian multivariat menggunakan nilai rata-rata dan matriks kovarians Dari solusi
“N22+” (lihat referensi 31,32) dari ref. 2 (lihat Tabel Data Tambahan 1 dan 2). Ini Menjelaskan korelasi kecil antara ketiga parameter tersebut. Luasan fisik dari Didymos dan Dimorphos dari ref. 1 diambil sampelnya secara seragam, sedangkan ketidakpastiannya tidak sama Gaussian (lihat Data Tambahan Tabel 1). Sangat bergantung pada massa Dimorphos, namun massanya tidak dibatasi dengan baik karena massa jenis Dimorphos belum diukur secara langsung1 . Oleh karena itu, kami memperlakukan kepadatan sebagai variabel independen, mengambil sampel secara seragam, dan melaporkan sebagai fungsi kepadatan Dimorphos. Untuk setiap sampel Monte Carlo untuk sistem Didymos, algoritma pencarian garis potong (Metode Newton perbedaan hingga) dijelaskan dalam ref.
33 pertama kali digunakan untuk menghitung kepadatan Didymos diperlukan untuk mereproduksi sampel periode orbit pra-dampak, dengan mempertimbangkan sampel sumbu semimayor orbit pra-dampak, bentuk tubuh, dan kepadatan Dimorphos. Kemudian, pencarian garis kedua Algoritma digunakan untuk menentukan diperlukan untuk mencapai sampel orbit pasca-benturan Periode.
Kami mencocokkan periode orbit sebelum dan sesudah tumbukan karena periode ini diukur secara langsung melalui pengamatan di darat dan dengan demikian merupakan parameter sistem dengan batasan terbaik2 .
Mengingat sifat sistem Didymos yang non-Keplerian, kami menggunakan Biner Penggunaan Umum Asteroid Simulator (GUBAS) untuk menyebarkan dinamika asteroid biner secara numerik. GUBAS adalah Kode masalah dua benda penuh (F2BP) yang telah teruji dengan baik yang dapat memodelkan interaksi Gravitasi timbal balik antara dua benda tegar yang berbentuk sewenang-wenang dengan distribusi massa yang seragam10,34 . GUBAS telah dibandingkan dengan kode F2BP lainnya35 dan digunakan secara luas dalam studi dinamik sistem Didymos sebelumnya (misalnya, 9,33,36). Terakhir, massa Dimorphos adalah Dihitung dari bentuk ellipsoidalnya dan kepadatan Dimorphos. Massa ini, bersama dengan Dihitung dan sampel arah momentum ejeksi bersih, diberikan sebagai masukan pada Persamaan. (2) ke Hitung nilai yang sesuai dengan masing-masing 100.000 realisasi sistem. Untuk sebuah Pembahasan mengenai estimasi ÿ, lihat bagian Arah Ejecta Plume di bawah.
Proses yang dijelaskan di sini dirangkum secara grafis dalam Extended Data Gambar 1.
Kriteria konvergensi pada kedua algoritma garis potong diatur sedemikian rupa sehingga periode orbit yang disimulasikan Mencocokkan periode orbit yang diinginkan dengan akurasi 10 kali lebih baik daripada ketidakpastian pengukuran itu sendiri. Simulasi numerik mengukur periode orbit rata-rata Dimorphos dalam
kerangka inersia selama 30 hari untuk memperhitungkan fluktuasi kecil dalam periode orbit timbal balik yang dihasilkan dari penggabungan spin-orbit36. Pilihan kami sebesar 100.000 sebagai jumlah sampel yang akan
digunakan dalam analisis Monte Carlo diinformasikan dengan menghitung perkiraan jumlah sampel minimum yang Diperlukan dari Teorema Batas Pusat dan kemudian menguji ukuran sampel mendekati nilai perkiraan tersebut.
Hasil estimasi tersebut cukup konvergen dengan 100.000 sampel. Dalam simulasi numerik, Didymos dan Dimorphos dimodelkan sebagai ellipsoid triaksial dengan luasan fisik Dari ref.
1. Gambar dari DRACO dan liciacube menunjukkan keduanya
Didymos dan Dimorphos memiliki bentuk bulat pepat1 . Tidak ada keuntungan menggunakan model bentuk yang lebih canggih sementara distribusi massa internal benda tidak diketahui.
Sebaliknya, pendekatan ellipsoidal memungkinkan pengambilan sampel dengan mudah dari serangkaian momen inersia yang masuk akal sebagai proksi untuk distribusi kepadatan internal yang berbeda. Misalnya, mengingat Ketidakpastian saat ini dalam luasan fisik Didymos1 , pengambilan sampel pada rentang bentuk ellipsoidal Tertentu menghasilkan rentang suku gravitasi orde 2 yang masuk akal (analog dengan suku harmonik bola
J2, C22, dll.), yang memainkan peran penting dalam dinamika sistem karena pemisahan yang ketat dari komponen biner. Mengabaikan bentuknya dan mengasumsikan dinamika Keplerian menghasilkan = ÿ2,86 ± 0,095(1 ),
sedangkan model gravitasi orde ke-2 GUBAS menghasilkan = ÿ2,70 ± 0,10(1 ). Meskipun dinamika orde 4 mempengaruhi dinamika orde tinggi Efek33,36, kami menemukan bahwa hal ini memerlukan biaya komputasi yang jauh lebih tinggi namun memainkan peran yang dapat diabaikan dalam menentu.kbaantch yang lebih kecil (karena peningkatan biaya komputasi) sebesar ~4.000 lari dilakukan dengan dinamika orde ke-4, yang
menghasilkan = ÿ2.68 ± 0.10(1 ), Menyarankan model dinamika orde ke-2 sesuai untuk menentukan mengingat arus Ketidakpastian dalam solusi orbit dan bentuk tubuh. Hasil ini juga diverifikasi secara independen
menggunakan model analitik, yang memperhitungkan kuadrupol gravitasi Didymos, yang sesuai dengan beberapa persen hasil numerik orde ke-2, seperti yang diharapkan berdasarkan perkiraan dinamisnya. Kami tidak mengambil sampel periode rotasi Dimorphos, karena diasumsikan sama dengan periode rotasi sebelumnya. Periode orbit tumbukan dalam keseimbangan pasang surut sebelum tumbukan, dengan alasan sebagai berikut. Penyimpangan sumbu semimayor orbit ke dalam yang terukur37 menyiratkan bahwa sistem berevolusi di bawah pengaruh efek BYORP38, yang memerlukan penguncian pasang surut sekunder. Selain itu, citra radar membatasi periode putaran Dimorphos berada dalam waktu 3 jam dari kecepatan sinkron31.
Terkini Model disipasi pasang surut pada asteroid biner menunjukkan bahwa setiap librasi bebas akan menghilang dalam rentang waktu ratusan tahun39, sehingga librasi bebas yang signifikan tidak mungkin terjadi mengingat rentang waktu untuk mekanisme eksitasi seperti pertemuan planet jarak dekat dan dampak alam9 . Selain itu, eksentrisitas pra-dampak Dimorphos dibatasi menjadi kurang dari 0,0331,37, sehingga amplitudo librasi paksa Maksimum yang mungkin terjadi40 pada ~0,5°. Meskipun keadaan rotasi Dimorphos adalah Tidak ditentukan secara tepat oleh DART, bukti-bukti ini menunjukkan bahwa Dimorphos kemungkinan besar terlibat Rotasi hampir sinkron (yaitu, terkunci secara pasang surut) dan pada orbit yang hampir melingkar sebelum DART
Dampak.
Model kami selanjutnya mengasumsikan semua momentum ditransfer secara instan, sejak penelitian sebelumnya Menunjukkan durasi waktu perpindahan momentum mempunyai pengaruh yang dapat diabaikan terhadap dinamika yang dihasilkan9 . Torsi sesaat pada Dimorphos akibat benturan DART yang sedikit di luar pusat1 adalah
Juga diabaikan karena perubahan yang terkait dalam keadaan rotasi Dimorphos kecil dibandingkan dengan perubahan yang timbul dari eksentrisitas dan librasi Dimorphos akibat dampak9,33,41 . Akhirnya, itu Efek pembentukan kembali dan hilangnya massa akibat kawah dan lontaran juga diabaikan
Dampaknya diperkirakan akan lebih kecil besarnya dibandingkan ketidakpastian ~1 menit saat ini pada periode orbit pasca-tabrakan42 dan akan tetap dibatasi hingga misi Hera mengkarakterisasi sistem Didymos pada tahun 202729. Kami meninggalkan efek tingkat tinggi ini untuk pekerjaan di masa depan setelah solusi orbit pasca- benturan disempurnakan lebih lanjut.
Arah bulu ejecta
Kami menggunakan pengamatan bulu-bulu ejecta untuk menentukan arah momentum ejecta ÿ. Gumpalan ejecta berbentuk kerucut dicitrakan oleh kamera liciacube LUKE3 dan Teleskop Luar
Angkasa Hubble (HST)4 . Kami menerapkan teknik yang digunakan untuk memperoleh kutub putaran komet43 untuk memp orientasi sumbu kerucut ejecta. Meskipun ada kemungkinan untuk memiliki distribusi asimetris Momentum ejecta (massa dan kecepatan) di dalam kerucut, kita asumsikan kerucut berada secara aksial simetris.
Pendekatan ini menerapkan tepi terang kerucut ejecta (jika ditangkap dalam gambar) ke
Hitung arah nyata dari sumbu kerucut yang diproyeksikan ke langit, yang diasumsikan demikian bagian tengah tepinya.
Untuk observasi liciacube, sumbu kerucut yang diproyeksikan mendefinisikan bidang sumbu liciacube dalam ruang inersia yang berisi garis pandang dan sumbu yang diproyeksikan. Sumbu
Kerucut dapat terletak dimana saja pada bidang ini. Sumbu HST bidang analog ditentukan dari gambar HST awal Bulu-bulu (yang diambil dalam waktu 2 jam setelah tumbukan) yang menunjukkan kecepatan radial yang sama dengan ejecta Pada gambar liciacube, yang menunjukkan bahwa kemungkinan besar material ejeka yang sama diamati pada jarak yang lebih besar. Skala spasial. Perpotongan bidang-bidang ini menentukan orientasi sumbu kerucut dalam tiga dimensi, namun sayangnya bidang sumbu liciacube dan sumbu HST hampir sejajar.
Oleh karena itu, pengamatan ini tidak memberikan solusi yang unik namun membatasi orientasi sumbu pada petak langit yang sempit (lihat Data yang Diperluas Gambar 2). Namun, gambar liciacube LUKE menyelesaikan kerucut ejecta dan morfologi kerucut pada berbagai sudut pandang selama terbang
Lintas, yang selanjutnya membatasi orientasi sumbu kerucut3 . Selama pendekatan ke Dimorphos, kerucut diarahkan ke liciacube, dengan ejecta menutupi bagian Dimorphos. Selama resesi dari Dimorphos, kerucut menunjuk menjauh dari Dimorphos dan memperlihatkannya dalam siluet (lihat Data yang Diperluas Gambar 3).
Batasan paling ketat pada orientasi kerucut akan datang dari gambar dengan
Jarak terdekat, dengan sumbu kerucut berada pada bidang langit, saat kerucut bertransisi dari mengarah ke pengamat menjadi menjauh. Sayangnya, Dimorphos dan kerucut ejecta berada di luar bidang pandang LUKE selama 13 detik pada pendekatan terdekat, dan kami kekurangan gambar dari
Transisi.
Gambar liciacube yang terselesaikan digunakan untuk menghilangkan bagian petak pada Gambar Data Diperluas. 2 di mana morfologi kerucut yang diamati tidak konsisten dengan orientasi sumbu tersebut. Misalnya, separuh petak ditolak karena sumbunya akan mengarah ke arah sebaliknya
Arah dari apa yang diamati. Kami juga mengecualikan orientasi di mana kerucut juga akan mengarah
Dekat dengan garis pandang selama pendekatan atau resesi liciacube. Kami menemukan porosnya Orientasi menjadi (RA, Des) = (138°, +13°). Kami menetapkan ketidakpastian konservatif sebesar ~15° secara keseluruhan Arah berdasarkan luas sudut wilayah 5 pada Data Diperluas Gambar 2.
Referensi Metode
Naidu, SP dkk. Pengamatan radar dan model fisik asteroid biner dekat Bumi 65803 Didymos, target misi DART. Ikarus 348, 113777 (2020).
Naidu, SP dkk. Mengantisipasi Dampak DART: Estimasi Orbit Dimorfo Menggunakan a Model yang Disederhanakan. Planet. Sains. J.3 , 234 (2022).
Agrusa, HF dkk. Keadaan putaran Dimorphos yang tereksitasi akibat dampak DART.
Ikarus 370, 114624 (2021).
Hou, X., Scheeres, DJ & Xin, X. Potensi timbal balik antara dua benda tegar dengan sembarang Bentuk dan distribusi massa. Celest. Mekanisme. Dyn. Astron. 127, 369–395 (2017).
Agrusa, HF dkk. Sebuah studi pembandingan dan sensitivitas gravitasi dua benda secara penuh Dinamika target misi DART, asteroid biner 65803 Didymos. Ikarus 349, 113849 (2020).
Meyer, AJ dkk. Variasi Periode Orbit yang Diinduksi Librasi Mengikuti Dampak DART.
Planet. Sains. J.2 , 242 (2021).
Scheirich, P. & Pravec, P. Preimpact Saling Orbit dari Asteroid Biner Target DART
(65803) Didymos Berasal dari Pengamatan Peristiwa Bersama Tahun 2003–2021. Planet. Sains. J.
3, 163 (2022).
Ÿuk, M. & Burns, JA Efek radiasi termal pada dinamika NEA biner.
Ikarus 176, 418–431 (2005).
Meyer, AJ dkk. Disipasi energi pada asteroid biner sinkron. Ikarus 391, 115323 (2023).
Murray, CD & Dermott, SF Dinamika Tata Surya. (2000).
Doi:10.1017/CBO9781139174817.
Michel, P. Dkk. Komponen Eropa dari misi AIDA ke asteroid biner:
Karakterisasi dan interpretasi dampak misi DART. Adv. Resolusi Ruang. 62, 2261–2272 (2018).
Nakano, R. Dkk. Uji Pengalihan Asteroid Ganda (DART) NASA: Orbital Bersama
Perubahan Periode Akibat Pembentukan Kembali Sistem Asteroid Biner Dekat Bumi (65803) Didimos. Planet. Sains. J.3 , 148 (2022).
Farnham, TL & Cochran, AL Studi Observatorium mcdonald tentang Komet 19P/Borrelly:
Menempatkan Pengamatan Luar Angkasa 1 ke dalam Konteks yang Lebih Luas. Ÿcarus 160, 398–418 (2002).
Ucapan Terima Kasih
Kami berterima kasih kepada Simone Marchi, KT Ramesh, Paul Sanchez, Steven Schwartz, Jordan Steckloff, Megan Bruck Syal, dan Gonzalo Tancredi atas komentarnya terhadap naskah. MZ, IG, DM, PT berkenan
Terima kasih kepada Dan Lubey, Matthew Smith, dan Declan Mages atas diskusi dan saran yang berguna mengenai navigasi operasional liciacube.
Pekerjaan ini didukung oleh misi DART, Kontrak NASA No. 80MSFC20D0004. SDR dan MJ mengakui dukungan dari Swiss National Science Foundation (nomor proyek 200021_207359).
SDR, MJ, RL, PM, NM, KW, mengakui pendanaan dari Horizon 2020 Uni Eropa program penelitian dan inovasi, perjanjian hibah No. 870377 (proyek NEO-MAPP). PM
Mengakui dukungan dari CNES, ESA, dan CNRS melalui program interdisipliner MITI. NM
Mengakui dukungan dari CNES. ED, VDC, EME, AR, IG, JDPD, PHH, IB, AZ, SLI, JRB, GP, AL, MP, GZ, MA, AC, GC, MDO, SI, GI, ML, DM, PP, DP, SP, PT, MZ
Mengakui dukungan finansial dari Agenzia Spaziale Italiana (ASI, kontrak No. 2019-31-HH.0). SE mengakui dukungan melalui Hibah NASA Nomor 80NSSC22K1173. SC dan JDW mengakui dukungan dari program penelitian internal Southwest Research Institute. GSC dan TMD
Mengakui dukungan dari Hibah Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi Inggris ST/S000615/1. FF menerima pendanaan dari hibah Ambizione Swiss National Science Foundation (SNSF) No.
J.-YL mengakui dukungan yang diberikan NASA melalui hibah HST-GO-16674 dari Luar Angkasa Institut Sains Teleskop, yang dioperasikan oleh Asosiasi Universitas untuk Penelitian di
Astronomy, Inc., di bawah kontrak NASA NAS 5-26555, dan dukungan dari Program Ilmuwan yang Berpartisipasi DART NASA, Hibah #80NSSC21K1131. RN mengakui dukungan dari NASA/FINESST
(NNH20ZDA001N). JMT-R mengakui dukungan finansial dari proyek yang didanai PID2021-128062NB-I00 Oleh MCIN/AEI (Spanyol).
Sebagian dari penelitian ini dilakukan di Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, di bawah kontrak dengan Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional. Lawrence Livermore Nasional
Laboratorium dioperasikan oleh Lawrence Livermore National Security, LLC, untuk Departemen AS
Energi, Administrasi Keamanan Nuklir Nasional berdasarkan Kontrak DE-AC5207NA27344. LLNL-JRNL- 842726-DRAFT.
Simulasi dilakukan pada cluster YORP dan ASTRA yang dikelola oleh Center for Theory dan Komputasi, bagian dari Departemen Astronomi di Universitas Maryland. MZ, IG, DM,
PT mengucapkan terima kasih kepada Caltech dan Jet Propulsion Laboratory atas pemberian Universitas Bologna lisensi untuk versi MONTE Project Edition S/W yang dapat dieksekusi.
Ketersediaan data
Simulasi dinamik dilakukan menggunakan GUBAS, yang tersedia untuk umum di Github
(https://github.com/meyeralexj/gubas). Vektor arah kecepatan orbital Dimorphos komponen yang disajikan dalam Extended Data Tabel 1 dihitung menggunakan File data dimorphos_s501.bsp dan sb-65803-198.bsp (Didymos) tersedia di https://dart.jhuapl.edu/SPICE_kernels/spk. Komponen vektor kecepatan insiden DART
Disajikan dalam Extended Data Tabel 1 dihitung menggunakan dua file yang dikombinasikan dengan file data DART_2022_269_1241_ops_v01_impact.bsp, tersedia di URL yang sama. Data
Ketersediaan di URL tersebut direncanakan hingga musim panas 2023, setelah itu data tersebut dapat ditemukan di Https://naif.jpl.nasa.gov/naif/data.html.
Kontribusi penulis
AFC memimpin konsepsi keseluruhan dan penulisan penelitian ini. HFA berkontribusi Simulasi dinamik GUBAS untuk analisis Monte Carlo. BWB menyumbangkan
Analisis Monte Carlo. AJM memvalidasi simulasi dinamik GUBAS. TLF dan MH menentukan orientasi kerucut ejecta. SDR berkontribusi pada diskusi tentang
Penentuan dan implikasinya. AFC, HFA, BWB, AJM, TLF, dan DCR
Menulis sebagian besar teks naskah. ED memimpin penyelidikan liciacube sebagai Kepala Sekolah
Peneliti. AZ memimpin produksi data pencitraan liciacube. VDC memimpin kalibrasi dari pencitra liciacube. TSS membantu verifikasi hasil GUBAS dan
Memberikan komentar pada naskah. SC dan SPN menyediakan orbital Dimorphos
Arah vektor kecepatan, vektor kecepatan DART saat tumbukan, dan matriks kovarians untuk sumbu semi-mayor orbit pra-dampak, gerak rata-rata, dan perubahan gerak rata-rata. J.-YL
Membantu upaya memperkirakan arah momentum ejecta dari HST dan liciacube observasi.
OSB, NLC, SC, GSC, RTD, TMD, MED, CME, FF, DMG, SAJ, MJ, KMK, J.-YL, RL, PM, NM, RN, EP, ASR, DJS, AMS, JMT-R., J.-BV, JDW, KW, dan YZ memberikan masukan dan/atau komentar yang bermanfaat terhadap naskah. JRL membantu upaya verifikasi simulasi numerik.
ED, VDC, EME, AR, IG, JDPD, PHH, IB, AZ, SLI, JRB, GP, AL, MP, GZ, MA, AC, GC, MDO, SI, GI, ML, DM, PP, DP, SP, PT, dan MZ berkontribusi pada pengembangan dan pengoperasian liciacube, selain itu penyediaan data pencitraan liciacube.
Kepentingan yang bersaing Para penulis menyatakan tidak ada kepentingan yang bersaing Informasi tambahan Korespondensi dan permintaan materi harus ditujukan kepada Dr. Andrew Cheng ([email protected]) Data yang Diperluas
Data yang Diperluas Tabel 1: Nilai dan ketidakpastian yang digunakan untuk simulasi numerik. Semua
Vektor dilaporkan dalam kerangka koordinat Earth Mean Equator J2000 (EME J2000), pada waktu tumbukan 26 September 2022, 23:14:24.183 UTC1 . Untuk ketidakpastian Gaussian kami laporkan
Ketidakpastian 1ÿ. Untuk ketidakpastian yang seragam, kami melaporkan median dan kisaran kemungkinannya nilai-nilai.
Kuantitas Nilai Ketidakpastian Diasumsikan Catatan Simulasi Monte Carlo Massa DART saat tumbukan, [kg]
579.4 Tidak dipertimbangkan Ketidakpastian aktual1 ±0,7 Kecepatan insiden DART 3.57399 Tidak
dipertimbangkan Lihat Ketersediaan Data untuk sumbernya Vektor x [km/s], Ÿÿÿÿ Informasi. Kecepatan insiden DART -4.64106 Tidak dipertimbangkan Lihat Ketersediaan Data untuk sumbernya Vektor y [km/s], Ÿÿÿÿÿ Informasi.
Kecepatan insiden DART -1.85622 Tidak dipertimbangkan Lihat Ketersediaan Data untuk sumbernya Vektor z [km/s], Ÿÿÿÿ
Informasi.
Periode orbit sebelum tumbukan, 11,92148 ±0,000044 1ÿ, Gaussian, dilaporkan oleh “N22+” [jam] Solusi dalam referensi. 2 Periode orbit pasca tumbukan, 11.372 ±0,0055 1ÿ, Gaussian, dilaporkan oleh “N22+” [jam] Solusi
dalam referensi. 2 Pemisahan orbit 1.206 ±0,035 1ÿ, Gaussian, dilaporkan oleh “N22+” Sebelum tumbukan (sumbu semi- mayor), [km] Solusi dalam referensi. 2 Sumbu utama Didymos, [m] 851 ±15 Diambil sampelnya secara seragam1 Sumbu perantara Didymos, [m] 849 ±15 Diambil sampelnya secara seragam1 Sumbu minor Didymos, [m] 620 ±15 Diambil sampelnya secara seragam1 Sumbu utama dimorfos, [m] 177 ±2 Diambil sampelnya secara seragam1 Data yang Diperluas Tabel 2: Matriks kovarians. Kovarian digunakan untuk mengambil sampel sumbu , semimayor, serta periode orbit sebelum dan sesudah tumbukan. Solusi orbital dari ref. 2,32 sesuai dengan pra- dampa Gerak rata-rata pada zaman tumbukan, , dan perubahan gerak rata-rata karena DART Dampak, . Setelah parameter-parameter ini diambil sampelnya, parameter-parameter tersebut diubah menjadi sebelum dan sesudah dampak Periode orbit dengan hubungan = 2 / dan dibangun menggunakan satuan km untuk = 2 /( Dan rad/s untuk Dan . + ). Matriks kovarians Extended Data Gambar 1. Garis besar algoritma yang digunakan untuk menghitung.
Variabel Monte Carlo Digambarkan dengan garis putus-putus dan didefinisikan sebagai berikut: periode orbit sebelum tumbuka; npra-dampak Sumbu semimayor orbit ; Luasan ellipsoid Didymos ; Luasan dimorphos ellipsoid ; Kepadatan dimorfo; periode orbit pasca tumbukan ; dan momentum ejecta bersih Arah. Pertama, algoritma
pemotongan mengulangi kepadatan Didymos agar sesuai Selanjutnya, yang lain Algoritma garis potong mengulangi perubahan sepanjang jalur dalam kecepatan Dimorphosuntuk mencocokkan Akhirnya, dihitung menggunakan luasan ellipsoid dan kepadatan Dimorphos, lalu digabungkan Dengan Ÿ Dan Menghitung . Data yang Diperluas Gambar 2. Orientasi kerucut ejecta terletak pada petak langit (garis hitam) yang ditentukan oleh observasi HST dan liciacube. Amplop berwarna biru muda menguraikan ketidakpastian posisi Sumbu pada arah yang diukur pada bidang langit. Garis merah membagi petak sepanjang bidang menjadi wilayah yang dikecualikan berdasarkan morfologi kerucut pada gambar liciacube: 1) dan 2) dikecualikan karena kerucut ejecta akan menunjuk ke arah yang berlawanan dari apa yang diamati; 3) dikecualikan karena sumbunya terletak terlalu dekat dengan bidang langit; 4) dikecualikan karena Sumbunya akan terletak terlalu dekat dengan garis pandang; dan 5) merupakan wilayah yang diharapkan untuk orientasi sumbu. Titik kuning menunjukkan solusi terbaik (RA,Des) = [138° ,+13°] dengan sampul biru tua menunjukkan sejauh mana kemungkinan solusi. Kotak merah adalah arah DART yang masuk Lintasan [128°,+18°] dan segitiga hijau menunjukkan vektor kecepatan Dimorphos [134°,+5°]. Itu Petak liciacube ditentukan untuk gambar +175 yang ditunjukkan pada Gambar Data Diperluas 3. Extended Data Gambar 3. Dua gambar liciacube LUKE yang menunjukkan morfologi ejecta itu Digunakan untuk mengurangi kemungkinan solusi orientasi sumbu. Panel kiri menunjukkan suatu pendekatan observasi, 156 detik setelah tumbukan, dengan ejecta di depan dan sebagian tertutup Dimorfo. Panel kanan menunjukkan morfologi ejecta setelah pendekatan jarak dekat, 175 detik setelah tumbukan, dengan siluet Dimorphos pada kerucut ejecta. Gambar menunjukkan warna merah saluran dari bingkai LICIACUBE_LUKE_L2_1664234220_00005_01 dan
LICIACUBE_LUKE_L2_1664234239_01003_01. Objek terang di pojok atas masing-masing Gambarnya adalah Didymos.
Data yang Diperluas
Data yang Diperluas Tabel 1: Nilai dan ketidakpastian yang digunakan untuk simulasi numerik. Semua Vektor dilaporkan dalam kerangka koordinat Earth Mean Equator J2000 (EME J2000), pada waktu tumbukan 26 September 2022, 23:14:24.183 UTC1 . Untuk ketidakpastian Gaussian kami laporkan Ketidakpastian 1ÿ. Untuk ketidakpastian yang seragam, kami melaporkan median dan kisaran kemungkinannya nilai-nilai.
Kuantitas Nilai Ketidakpastian
Diasumsikan
Catatan Simulasi Monte Carlo
Massa DART saat tumbukan, [kg]
579.4 Tidak dipertimbangkan
Ketidakpastian aktual1 ±0,7
Kecepatan insiden DART
3.5 739 9
Tidak dipertim bangkan
Lihat Ketersediaan Data untuk sumbernya
Vektor x [km/s],
Ÿ ÿ ÿ ÿ
Informasi.
Kecepatan insiden DART
-4.64106 Tidak dipertimbangkan
Lihat Ketersediaan Data untuk sumbernya Vektor y
[km/s],
Ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ
Informasi.
Kecepatan insiden DART
-1.85622 Tidak dipertimbangkan
Lihat Ketersediaan Data untuk sumbernya Vektor z
[km/s],
Ÿ ÿ ÿ ÿ
Informasi.
Periode orbit sebelum tumbukan,
11,921 48
±0,000 044
1ÿ, Gaussian, dilaporkan oleh “N22+”
[jam] Solusi dalam referensi. 2
Periode orbit pasca tumbukan,
1 1 . 3 7 2
±0,0055 1ÿ, Gaussian, dilaporkan oleh “N22+”
[jam]
Solusi dalam referensi. 2
Pemisahan orbit
1 . 2 0
±0,035 1ÿ, Gaussian, dilaporkan oleh “N22+”
6 Sebelum
tumbukan (sumbu semi- mayor), [km]
Solusi dalam referensi. 2
Sumbu utama Didymos, [m]
8 5 1
±15
Diambil sampelnya secara seragam1
Sumbu perantara Didymos, [m]
8 4 9
±15
Diambil sampelnya secara seragam1
Sumbu minor Didymos, [m]
6 2 0
±15
Diambil sampelnya secara seragam1
Sumbu utama dimorfos, [m]
1 7 7
±2
Diambil sampelnya secara seragam1
Sumbu perantara dimorfos, [m] 174 ±4 diambil sampelnya secara seragam1
Sumbu minor dimorfos, [m] 116 ±2 diambil sampelnya secara seragam1
Kepadatan dimorfos, [kg m-3]
2400 ±900 Diambil sampelnya secara seragam. Tiga kali lipat
ketidakpastian kepadatan pada gabungan Sistem Didymos dari ref. 1
Arah kerucut ejecta x,
ÿ
-0.72410 Ketidakpastian berada dalam rentang a Sampel secara merata di seluruh kerucut Kerucut 15° disekitarnya arah hingga 15° jauhnya nominal Arah kerucut ejecta y,
ÿ
0,65198 vektor nominal RA,Des = 138°,+13°
Arah kerucut ejecta z,
ÿ
0,22495
Arah kecepatan orbital dimorfos x,
-0,689282 Tidak dipertimbangkan
ÿ
Lihat Ketersediaan Data untuk sumbernya informasi.
Arah kecepatan orbital dimorfos y,
0,716645 Tidak dipertimbangkan Lihat Ketersediaan Data untuk sumbernya
ÿ
informasi.
Arah kecepatan orbital dimorfos z,
0,106350 Tidak dipertimbangkan Lihat Ketersediaan Data untuk sumbernya
ÿ
informasi.
Data yang Diperluas Tabel 2: Matriks kovarians. Kovarian digunakan untuk mengambil sampel sumbu
, semimayor, serta periode orbit sebelum dan sesudah tumbukan. Solusi orbital dari ref. 2,32 sesuai dengan pra- dampa Gerak rata-rata pada zaman tumbukan, dan perubahan gerak rata-rata karena DART Dampak, . Setelah parameter-parameter ini diambil sampelnya, parameter-parameter tersebut diubah menjadi sebelum dan sesudah dampak Periode orbit dengan hubungan = 2 / dan dibangun menggunakan satuan km untuk = 2 /(
Dan rad/s untuk Dan .+ ). Matriks kovarians
1.23278161e- 03
-5.07112880e- 12
7.08461748e- -5.07112880e- 10
12 2.90452780e-
19 -2.31470184e-
7.08461748e- 17 10
-2.31470184e- 17
4.94295884e- 15
Extended Data Gambar 1. Garis besar algoritma yang digunakan untuk menghitung. Variabel Monte Carlo Digambarkan dengan garis putus-putus dan didefinisikan sebagai berikut: periode orbit sebelum tumbuka; npra- dampak
Sumbu semimayor orbit
; Kepadatan dimorfo; periode orbit pasca tumbukan ; dan momentum ejecta bersih
Arah. Pertama, algoritma pemotongan mengulangi kepadatan Didymos agar sesuai . Selanjutnya, yang lain Algoritma garis potong mengulangi perubahan sepanjang jalur dalam kecepatan Dimorphosuntuk mencocokkan . Akhirnya, dihitung menggunakan luasan ellipsoid dan kepadatan Dimorphos, lalu digabungkan
Dengan Ÿ Dan Menghi tung .
Data yang Diperluas Gambar 2. Orientasi kerucut ejecta terletak pada petak langit (garis hitam) yang ditentukan oleh observasi HST dan liciacube. Amplop berwarna biru muda menguraikan ketidakpastian posisi
Sumbu pada arah yang diukur pada bidang langit. Garis merah membagi petak sepanjang bidang menjadi wilayah yang dikecualikan berdasarkan morfologi kerucut pada gambar liciacube: 1) dan 2) dikecualikan karena kerucut ejecta akan menunjuk ke arah yang berlawanan dari apa yang diamati; 3) dikecualikan karena sumbunya terletak terlalu dekat dengan bidang langit; 4) dikecualikan karena Sumbunya akan terletak terlalu dekat dengan garis pandang; dan 5) merupakan wilayah yang diharapkan untuk orientasi sumbu. Titik kuning menunjukkan solusi terbaik (RA,Des) = [138° ,+13°] dengan sampul biru tua menunjukkan sejauh mana kemungkinan solusi. Kotak merah adalah arah DART yang masuk Lintasan [128°,+18°] dan segitiga hijau menunjukkan vektor kecepatan Dimorphos [134°,+5°]. Itu Petak liciacube ditentukan untuk gambar +175 yang ditunjukkan pada Gambar Data Diperluas 3.
Extended Data Gambar 3. Dua gambar liciacube LUKE yang menunjukkan morfologi ejecta itu
Digunakan untuk mengurangi kemungkinan solusi orientasi sumbu. Panel kiri menunjukkan suatu pendekatan observasi, 156 detik setelah tumbukan, dengan ejecta di depan dan sebagian tertutup
Dimorfo. Panel kanan menunjukkan morfologi ejecta setelah pendekatan jarak dekat, 175 detik setelah tumbukan, dengan siluet Dimorphos pada kerucut ejecta. Gambar menunjukkan warna merah saluran dari bingkai
LICIACUBE_LUKE_L2_1664234220_00005_01 dan LICIACUBE_LUKE_L2_1664234239_01003_01. Objek terang di pojok atas masing-masing
Gambarnya adalah Didymos
