为什么要去小行星挖土?这是意义重大的“太阳系考古”

作者: 分类: 奇闻 发布时间: 2020-10-28 18:27

科技日报记者 付毅飞

北京时刻10月21日清晨,现已在太空飞翔4年的OSIRIS-REx勘探器,成功从现在距地球3.34亿公里的贝努小行星上,收集了一些尘土和碎石。消耗7年时刻,耗资约65亿元人民币,只为从小行星上抓回“一把土”,值得吗?当然!在中国航天科工集团二院研讨员杨宇光看来,这是一次含义严重的“太阳系考古”。

中国科学院国家天文台研讨员郑永春对这次使命后续的科学研讨充溢等待。“冥王号可以收集60克样品,这个量现已许多了,样品类型也会比较丰厚,可以展开许多十分体系的研讨。估量至少可以研讨几十年。”

小行星上藏有太阳系陈旧遗址

关于地球来说,近地小行星是一种危险的存在。它们在太空中迅雷不及掩耳,不时与地球擦肩而过,让人心有余悸。不过这些莽撞的家伙并非一无可取,它们身上也藏有科学家们朝思暮想的东西,比方太阳系最陈旧的遗址。

郑永春介绍说,太阳系构成之后,尘土磕碰凝集构成了行星、矮行星等天体,还有些粉末碎屑,成为了小行星。比较之下,行星中含有许多放射性元素,会发生热量,然后导致演化、熔融,渐渐将太阳系初期的前史埋没。而能量小、热量少的小行星,基本上没有发生过演化,仍保留着太阳系构成之初的状况。对它们展开研讨,有助于探寻太阳系最前期的相貌。

此外,跟着航天技能发展,人类也发生了对小行星资源开发利用的主意。

出于上述意图,人们开端在苍茫太空中寻觅勘探方针。杨宇光标明,挑选方针时,需求考虑几个要素。

从工程视点,首先要考虑可行性。例如项目预算能买多大推力的火箭,能把勘探器送到多远的当地,以此划定一个挑选规模。假如要登陆采样,那么小行星的自转速度就不能太快,避免添加使命难度和危险。

一起还要从勘探价值方面考虑。太阳系里有近地小行星、主带小行星等多种类型,其轨迹散布、成份等都有差异。在才干有限的状况下,必定是尽量挑选此前没有勘探过,本身具有必定特色,在科学上或对未来开发有满意高价值的小行星,作为勘探方针。

归纳考虑各种要素,一颗发现于1999年,编号为1999 RQ36的近地小行星——贝努成为了冥王号的勘探方针。

全国空间勘探技能首席科学传达专家庞之浩介绍说,贝努是一颗富碳小行星,直径将近500米。它间隔地球最近时约有750万公里。

国家天文台研讨员刘玉娟在一篇文章中介绍,贝努的年纪超越45亿岁,并未经历过剧烈的改变,意味着它外表和内部的物质都是太阳系诞生时发生的,其组成成分很可能包含生命开始在地球上构成时的物质。研讨这样的小行星,有助于科学家知道前期的太阳系,包含地球的构成方法,以及生命来源的问题。

全新“触摸即离”方法几秒钟完结采样

冥王号是美国首个小行星采样回来勘探器,于2016年9月9日发射升空,2018年12月飞到贝努小行星邻近。

庞之浩介绍,冥王号此行有几个科学方针,包含从贝努外表采回满意量的风化层物质,制作原始碳质小行星的全球特性、化学特性、矿物学散布状况图,在采样地址记载风化层的质地、形状、星体化学和光谱特性等。

郑永春标明,采样区的挑选,主要有两方面要求,一是期望样品有特色、信息丰厚,具有更高的科学价值;二是必须有一块面积较大、地形平整的区域,才干确保安全。通过归纳考虑,冥王号挑选了名为“夜莺”的采样区。

庞之浩介绍,此次采样采用了“触摸即离”方法,采样进程只用几秒钟。其间,冥王号并没有着陆,而是在挨近方针时伸出采样机械臂,用机械臂结尾的采样器完结采样,然后敏捷飞离。这种方法省去了采样前着陆、固定,以及起飞前的解锁进程;勘探器在惯性下落时,也供给了采样所需的力。

冥王号的采样器采用了一项全新技能。庞之浩说,当采样器触摸到小行星地表时,会喷射出纯氮气体,把贝努外表的部分表土层物质吹入样品回来舱。采样器在触摸地表时,也可以获得一部分样品。冥王号携带了3罐氮气,能满意3次采样测验。地上模仿实验标明,它可以采得超越60克样品。

庞之浩说,采样完结后,冥王号方案于2021年3月踏上归途,在2023年9月将重达46千克的采样回来舱送回地球。不过它不会再入地球大气层,而是在进入大气前4小时开释采样回来舱,随即进行磕碰躲避机动,让采样回来舱单独回到地上。冥王号自己则进入盘绕太阳的轨迹持续飞翔。

月球与小行星采样各有难点

冥王号并不是人类第一个在小行星采样的勘探器。

2003年5月,日本发射隼鸟号勘探器,几经曲折,从糸川小行星上收集到约100毫克尘土,于2010年6月回来地球。

2014年12月,日本又发射隼鸟2号勘探器。它于2019年2月在龙宫小行星着陆收集外表样本,并发现了水合矿物质。同年4月,它向龙宫发射了一枚金属弹,随后收集了被激起的物质。现在,隼鸟2号正在回来途中,方案于本年末将小行星样品送回地球。

比较日本这两次小行星采样方案,冥王号项目除了科学方针不同,在采样、下降导航等方面也采用了全新的技能,一起在伴飞间隔上大幅缩短。此外,60克的样品收集量,可谓阿波罗方案之后人类太空采样之最。

近年来,各国纷繁发动行星勘探方案。我国就方案在本年11月下旬发射嫦娥五号勘探器,施行月球采样回来使命。那么月球与小行星在登陆采样方面有何不同?

杨宇光标明,行星或矮行星的个头大、引力大,着陆及采样方法与小行星使命并不相同,因而在整个工程规划上都不相同。“从飞翔器规划视点来说,冥王号和一般轨迹飞翔器没有太大差异,主要是添加了一些在微重力条件下采样的设备。”杨宇光说,而行星的巨大引力会导致勘探器盘绕、下降的速度十分快,这给工程带来了很大难度。

尽管如此,小行星采样也有许多技能应战。郑永春介绍,小行星在行星学中被称作“非协作天体”,因为其几乎没有引力,跟勘探器之间没有相互作用,因而要完成对小行星的伴飞、盘绕以及着陆,完全要依托勘探器本身的动力,这对勘探器的姿势调整及控制精度提出了很高要求。

此外,小行星间隔地球较远,近地址往往也要数百万公里,远大于月球与地球之间的间隔,加上其方针小、速度快,这都给勘探使命的轨迹规划添加了难度。

据媒体报道,我国也在展开小行星勘探关键技能攻关。依据现在的方案,我国将发射一个勘探器,先盘绕近地小行星2016HO3飞翔,再择机登陆采样,将样品回来舱送到地球邻近开释。随后勘探器持续飞翔,凭借地球和火星引力抵达小行星带,对名为133P的主带彗星进行勘探。