DART撞击导致的Dimorphos激发自旋状态

NASA的双小行星重定向测试（DART）任务是一项由行星防御驱动的、针对Dimorphos（双星小行星65803 Didymos的卫星）的动能撞击器测试。DART将以约$6.5 \text{ km s}^{-1}$的相对速度拦截Dimorphos，扰动Dimorphos的轨道速度并改变双星轨道周期。我们提出三种独立方法（一种解析、两种数值）来研究撞击后Dimorphos的姿态稳定性，将其作为轴比$a/b$和$b/c$（$a \ge b \ge c$）以及动量传递效率$\beta$的函数。第一种方法使用一种新颖的解析方法，其中我们假设圆轨道和点质量主星，识别出对应于次星平均运动、天平动、进动和章动频率的四种基本运动频率。在这四个频率的共振位置处，我们发现姿态不稳定性是可能的。使用两个独立的数值代码，我们恢复了解析模型预测的许多共振并确实展示了姿态不稳定性。其中一个代码使用快速李雅普诺夫指示符表明次星姿态在共振位置附近可混沌演化。然后，使用高保真数值模型，我们发现Dimorphos在共振位置附近进入混沌翻滚状态，并且尤其容易绕其长轴发生不稳定旋转，这可由ESA的Hera任务在2026年底抵达Didymos时确认。我们还表明，对两星体自旋与轨道演化的完全耦合处理对于准确建模次星自旋状态和天平动振幅的长期演化至关重要。最后，我们讨论了撞击后翻滚或滚动状态的启示，包括若Dimorphos不再处于同步自转则终止BYORP演化的可能性。