原文作者：Alexandra Witze
OSIRIS-REx太空飛行器即將進行一次高難度作業：從小行星貝努（Bennu）上挖取巖石樣本，並將其送回地球。
美國航天局即將首次對一顆小行星「下手」。10月20日，在距離地球約3.34億公裡的地方，美國航天局的OSIRIS-REx太空飛行器將接近一顆名為「貝努」（Bennu）的深色菱形小行星，目的是在其表面上停留幾秒鐘——這個時長足夠收集塵埃和卵石。如果成功的話，OSIRIS-REx將把這些富含碳的碎石送回地球，科學家們便可以從中尋找太陽系歷史的線索。
美國宇航局的OSIRIS-REx太空飛行器將對菱形小行星貝努進行採樣。來源：NASA/Goddard/亞利桑那大學。
前往貝努表面的旅程並不容易。OSIRIS-REx將不得不穿過一塊高聳的巨石——綽號「厄運山」（Mount Doom），然後進入一個不比幾個停車位大的取樣區域。「我們的第一次嘗試可能不會成功。」任務的首席研究員、亞利桑那大學的行星科學家Dante Lauretta說。但如果真的成功了，他說，「我希望大家把它當成一個好消息——我們可以為之驕傲，今年發生了太多瘋狂的事情了。」
來回往返
耗資8億美元的OSIRIS-REx於2016年發射，是美國航天局的首個小行星取樣任務。此前，日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的兩項任務已經從小行星表面獲得了塵埃樣本——去年取樣的一些塵埃目前正在返回地球的路上，準備等待分析。在JAXA任務之前，科學家主要是通過研究墜落到地球上的隕石來了解小行星的組分，而這些隕石在穿越大氣層撞擊地球時可能會受到汙染。
直接從小行星上挖取樣本，可以研究45億多年前太陽系形成過程中遺留下來的巖石。每一顆小行星都有自己的故事，講述它是如何形成並隨著時間的推移而演變的；貝努星特別吸引人，因為它可能含有富含有機化合物的物質，而這些有機化合物在整個太陽系中都能找到，包括地球上的生命。
但首先，OSIRIS-REx必須努力完成採樣。Lauretta和他的同事們之所以選擇貝努作為目標，是因為他們認為這顆500米寬的小行星相對平穩，容易降落。但在OSIRIS-REx於2018年抵達並開始繞行貝努後，仔細觀察了一下，發現了大塊危險的巨石[1]。
因此，任務工程師開發了一個自動化系統，引導太空飛行器降落到表面。該系統在太空飛行器下降時收集圖像，並與以前拍攝的同一目標區域的圖像進行比較。之後，OSIRIS-Rex會跟蹤它是否安全地走在其預先選擇的路徑上。如果不安全，它會自動中止操作並飛離小行星，等待第二次降落的機會。
從貝努表面上空250米處俯瞰「夜鶯」（Nightingale）——OSIRIS-REx的選定取樣點。來源：NASA/戈達德/亞利桑那大學。
它的目標是一個名為「夜鶯」的16米寬的隕石坑——為著陸提供了一個相對平穩的表面。華盛頓特區史密森尼國家自然歷史博物館的行星科學家Erica Jawin說，如果你能站在「夜鶯」中間，你會感覺到腳下的卵石和細沙。她曾研究過貝努的地質學[2]。厄運山會聳立在你的上方，大約是一棟兩層樓的高度，那「相當嚇人」，她說。
OSIRIS-Rex在向「夜鶯」降落時，將伸出3.3米長的機械臂。當它接觸到小行星時——計劃在美國東部時間下午6時12分，它將釋放出一股氮氣，吹到小行星表面，吹起一堆小行星碎片中的小顆粒。接著，一個取樣裝置將吸取其中的一些顆粒並儲存起來。
來源：NASA
這個過程將只持續10-15秒，與其說是著陸，不如說是「碰個拳」。一旦OSIRIS-Rex完成樣本收集，它將退到安全距離，留待科學家評估它收集了多少物質。美國宇航局希望至少能收集60克——但少一點也沒關係。「如果是58克，我們也能收工回家了。」Lauretta說。
如果OSIRIS-Rex收集到的物質只有40克或更少，那麼科學家們很可能會將它送回貝努上的第二個位置——「魚鷹」（Osprey），再收集多一些。（Lauretta說，OSIRIS-Rex不能進入「夜鶯」二次取樣，因為第一次的氮氣會把表面的小巖石吹到不確定的位置，導致「二次下探」很危險。）在「魚鷹」的採樣可能會在1月份進行；無論如何，OSIRIS-Rex將在3月份離開貝努，並最終在2023年帶著它的珍貴樣本降落到地球上。
剖析小行星
貝努的一生經歷了很多。它形成於大約1億年到10億年前，當時它在太陽系小行星帶的一次宇宙碰撞中，從一個更大的「母體」中分離出來。但貝努保留了其母體的痕跡。OSIRIS-REx在繞著小行星運行時，探測到其表面的一些巨石上充滿了古碳酸鹽脈。碳酸鹽可能是在冰塊融化並流經母體時形成的，在其巖石內部引起水反應。
這一發現在《科學》的一篇論文[3]中宣布，文章第一作者、美國宇航局戈達德太空飛行中心的行星科學家Hannah Kaplan說，看到那些碳酸鹽脈 「讓我感到很驚訝」。它們寬約幾釐米，可以延伸超過一米長——比一些隕石中看到的碳酸鹽脈大得多。根據Lauretta的說法，碳酸鹽脈較大，表明貝努的母體曾經有一個巨大的熱水系統流過——這意味著它有很多活躍的地質構造。這些碳酸鹽的一些碎片可能位於「夜鶯」的地面上，並被OSIRIS-Rex拾取。
研究人員計劃將貝努樣本與目前正在返回地球途中的小行星「龍宮」（Ryugu）樣本進行比較；龍宮是JAXA的「隼鳥2號」（Hayabusa2）太空飛行器去年探訪的一顆較大的小行星。「我感覺自己就像一個被寵壞的孩子，可以在生日時切兩個美味的蛋糕。」參與隼鳥2號項目的英國倫敦大學皇家霍洛威學院的行星科學家Queenie Hoi Shan Chan說。龍宮表面富含水的物質似乎比貝努少；通過比較樣本，研究人員將能夠更好地了解小行星上常見的含水過程和有機物質，Chan說。
科學家們還將在貝努的巖石上尋找如何保護地球不受小行星傷害的線索。貝努在地球附近危險地運行，並有很小的機率在22世紀的某個時候撞上地球。研究表明，這顆小行星更像是一個鬆散的碎石堆，而不是一塊堅固的巖石。通過仔細研究貝努巖石的密實度，科學家可以提出轉移或分裂對地球構成威脅的近地小行星的方法。
「來自貝努的任何樣本都會有極大的用處——對於我們在地球上收集的行星樣本來說是一個至關重要的補充，」 Jawin說，「貝努大概不會太介意我們偷了它的一些巖石吧。」
參考文獻：
1. Lauretta, D. S.et al. Nature568, 55–60 (2019).
2. Jawin, E. R.et al. J. Geophys. Res. Planets125, e2020JE006475 (2020).
3. Kaplan, H. H.et al. Sciencehttps://doi.org/10.1126/science.abc3557 (2020).
原文以NASA mission will 『fist bump』 an asteroid to reveal the Solar System’s secrets為標題發表在 2020年10月16日的《自然》新聞版塊
nature
doi: 10.1038/d41586-020-02910-4
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