美國宇航局的探測器成功在貝努小行星取樣

OSIRIS-REx探測器的採樣頭像是一臺反向真空吸塵器，能完美地從小行星貝努的表面採集材料。美國宇航局正在等待確認採樣情況。

圖源：NASA/GODDARD SPACE FLIGHT CENTER

撰文：MICHAEL GRESHKO 　　編者按：10月23日，美國宇航局OSIRIS-REx任務團隊已確認探測器在10月20日的接觸中採集到了相當分量的小行星貝努表面樣品。事實上，探測器採集的樣品過多，導致採樣裝置卡住關不嚴，部分樣品又漏了出去。OSIRIS-REx任務的首席研究員Dante Lauretta稱：「我很擔心漏出去的樣品，因此，我一直在積極鼓勵團隊儘快把珍貴的樣品裝載起來。」 　　作為人類歷史上最雄心勃勃的「捕捉遊戲」之一，美國宇航局的OSIRIS-REx探測器成功觸摸到了小行星貝努（Bennu）。這顆圓錐形的小行星已經在太陽系內旋轉了十億年。如果一切都照計劃進行，該探測器會在短暫的接觸期間鏟取些許物質，然後在幾秒鐘之後離開，帶走珍貴的樣品：可以追溯到太陽系誕生時期的巖石和塵土。 　　項目團隊知道該探測器在距離目標約6.3釐米的地方著陸在了貝努小行星上，並且已確認採樣成功。

OSIRIS-REx探測器在小行星貝努表面取樣時，成功穿越了一個只有幾個停車位大小、寬度不到8米的狹小區域。

圖源：VIDEO BY NASA/GODDARD/CI LAB

　　在團隊確認探測器OSIRIS-REx的採樣機制激活之後，OSIRIS-REx項目首席研究員、亞利桑那大學行星科學家Dante Lauretta說：「我們將安全地從小行星表面離開。我們做到了，我們觸摸到了小行星表面。」

　　OSIRIS-REx從另一個星球帶回的物質比其他任何機器人任務都多，僅次於阿波羅號任務，後者收集了更多的外星巖石和塵埃。如果OSIRIS-REx成功採集到足夠的樣品，它將在2021年3月離開貝努小行星，兩年半後返回地球並投射出裝滿樣品的容器，而該容器將會在降落傘的幫助下降落在猶他州的荒漠。研究人員將取回樣品進行研究。

　　OSIRIS-Rex可以讓科學家了解小行星貝努的歷史，或許還有助於他們深入理解地球上水與生命的來源。

在一張數字地圖的指引下，OSIRIS-REx在環繞著陸區的巨石之間飛行，完成了一次危險的觸碰。藍色圓圈標註的目標著陸區直徑約7.9米。

圖源：NASA/GODDARD/UNIVERSITY OF ARIZONA

　　美國宇航局行星科學部部長Lori Glaze在10月19日的媒體簡報會上說：「小行星就像是飄浮在太空的時間膠囊，能為我們提供太陽系誕生的化石記錄。它們可以提供關於行星，包括我們自己的行星形成過程的有價值的信息。」

　　一些太空巖石還威脅著地球生命的未來，這其中就包括小行星貝努。美國宇航局估計，22世紀第一個十年末期，貝努撞上地球的概率為1/2700。如果未來的測量數據確認這一碰撞趨勢，從今往後幾十年裡，OSIRIS-REx獲取的數據將幫助科學家們監測這顆小行星，並改變其軌道以避免其可能造成的災難性後果。

飛向一個古老的星球

　　飛向貝努，對於任務團隊而言，是一個長達16年的艱難旅程。

為了安全抵達小行星貝努上的「夜鶯（Nightingale）」採樣地，OSIRIS-REx團隊需要測繪出該區域表面的障礙物。綠色區域表明無危險。如果探測器預測它將接觸到警戒區（黃色）或危險區（紅色），它就會中止下降，擇日再降落。
圖源：NASA/GODDARD/UNIVERSITY OF ARIZONA

由於OSIRIS-REx無法採集直徑大於2釐米的樣品微粒，任務團隊還測繪出在「夜鶯」採樣地點內部的最佳採樣區。藍色區域似乎有許多細粒的物質，而紅色區域似乎不那麼理想。

圖源：NASA/GODDARD/UNIVERSITY OF ARIZONA

　　儘管這項探索任務早在2004年便被構想出來，但美國宇航局直到2011年5月才正式執行。僅僅幾個月後，OSIRIS-REx項目最初的負責人、亞利桑那大學行星科學家Mike Drake卻死於肝臟衰竭後的長期疾病。Mike Drake的副手、亞利桑那大學行星科學家Dante Lauretta接過其導師的衣缽，這項任務才開始為了紀念Drake而實施。

　　美國宇航局副局長Thomas Zurbuchen是Drake的故交，他說：「它真正實現了Drake宏偉的夢想。如果他還在，我敢肯定他會有強烈的成就感，團隊也會充滿自豪。」

　　2016年9月8日，OSIRIS-REx在發射之後飛行了幾十億千米，於2018年12月抵達小行星貝努。貝努是迄今為止探測器繞行的最小天體，其平均直徑僅有518米，是靠著自身微弱引力勉強拼湊在一起的碎石堆。在這種情況下，即便極微弱的力也會使OSIRIS-REx出現紊亂，比如太陽光對探測器的壓力。

　　因此，OSIRIS-REx團隊不得不模擬探測器的行為，並以前所未有的精確程度來檢查其運行軌道。如果不定期校正，OSIRIS-REx軌跡的誤差會快速累加，最終會使研究人員無法在任何特定時間準確獲知探測器的位置。

　　「我們創造了探測器最小公轉軌道、繞行最小天體的雙記錄，而人們此前從未做到的原因在於這太難了。」OSIRIS-REx的系統工程師、洛克希德馬丁公司的Olivia Billet說，「這是一種全新的操作方式。」

　　貝努的地貌也給美國宇航局帶來了不少令人不快的意外。在OSIRIS-REx發射之前，研究人員預計這個小行星地表是平坦的，有像「沙灘」一樣的微粒。但當探測器抵達時，美國宇航局才發現小行星貝努其實布滿了塊狀的巖石。

　　地貌比OSIRIS-REx所設計的承載能力複雜得多，所以，工程團隊不得不在任務進行到一半時升級探測器的導航軟體。為了賦予新軟體儘可能多的信息，任務團隊以約5釐米的精度測繪了小行星貝努的整個表面，這是探測器迄今為止對另一個天體做出的最詳盡的全球測繪。OSIRIS-REx任務的首席工程師、洛克希德馬丁的Mark Fisher說：「我們真的是不得不削尖鉛筆。」

全都帶回家

洛克希德馬丁公司的工程師在測試OSIRIS-REx探測器的觸摸和去採集樣品機制（TAGSAM）時，使用了一個氦氣球來模擬機械臂在太空中的微重力環境。

圖源：LOCKHEED MARTIN

TAGSAM類似於老式轎車的空氣濾清器，能吸納重達2千克的物質。

圖源：LOCKHEED MARTIN

TAGSAM像是一個反向真空吸塵器，吹出壓縮氮氣，攪起貝努表面的物質，然後再將其捕獲。

圖源：NASA/GODDARD SPACE FLIGHT CENTER

當地球上的任務團隊確認已獲取樣品後，TAGSAM的機械臂就會隨鉸鏈收回，該裝置的頭部會伸進一個樣品返回容器。OSIRIS-REx將在2023年將該樣品容器送回地球。

圖源：NASA/GODDARD/CI LAB

　　儘管任務團隊還需要確認樣品收集情況，不過，探測器已經搜集的信息表明，貝努的地表，包括夜鶯採樣地到處都有生命必需的含碳的分子。研究人員已經在提前安排世界各地的實驗室來研究這些物質，尋找太陽系生命起源的線索。

　　Lauretta說：「貝努最終成了我希望它成為的一切。從科學上講，它真的是一個大寶庫。」

　　此前日本的隼鳥號和隼鳥2號進行的小行星採樣任務，為OSIRIS-REx鋪平了道路。隼鳥號在2010年帶回了世界首份小行星樣品，隼鳥2號則將在今年12月6日從太空向澳大利亞內陸丟下從小行星龍宮上取到的幾克樣品。

　　但是，日本的這兩次任務僅僅採到了少量的細粒物質。與之相反，OSIRIS-Rex的設計讓它能夠採集多達2千克的物質，而且物質的大小可以從細小的顆粒到直徑2釐米的礫石。

2016年2月11日，OSIRIS-REx在洛克希德馬丁公司的熱真空室中進行環境測試。約七個月後的9月8日，該探測器發射升空，如今距離地球約3.2億千米。它成功在另一個星球表面取樣後將返回地球。

圖源：LOCKHEED MARTIN

　　美國宇航局戈達德太空飛行中心的科學家Jamie Elsila對貝努的塵土中通過非生命化學過程形成的胺基酸很感興趣。地球上的生命使用了20種胺基酸，但是科學家在落地的隕石中找到了更多種胺基酸。小行星貝努上的原始樣品或許能闡明太陽系早期存在哪些胺基酸，以及它們的成分如何影響地球上的生命起源。

剛剛開始

　　這次成功的「捕捉遊戲」讓人能夠鬆一口氣，但是，任務團隊還沒準備好開香檳慶祝。接下來的十來天是確認OSIRIS-REx是否真正採集到樣品的關鍵期。

　　未來幾天，研究人員會向探測器發送指令，讓它帶著延長的機械臂「單腳旋轉」。機械臂收集到的碎屑越多，OSIRIS-REx受到的力就越多，其自轉速度就會越快，讓研究人員能把採集到的樣品質量估測到幾克的精度。10月30日，Zurbuchen將會決定OSIRIS-REx是要把樣品打包帶回地球還是返回貝努進行第二次採樣。

　　與此同時，未來準備飛往其他小型原始星球的任務已經在進行中，比如飛往含金屬的小行星普賽克（Psyche）的任務已經提上日程。負責此次OSIRIS-REx任務控制的洛克希德馬丁公司還在為美國宇航局建造「露西號（Lucy）」探測器，並計劃在2021年底發射，飛往位於木星附近軌道的特洛伊小行星群。

　　這些小星球有助於解開最大的宇宙謎團，而Lauretta像是一位沒耐心的偵探，期盼著能看到貝努的線索。他說：「我迫不及待想拿到這些樣品。我們將會樂趣滿滿。」

（譯者：Mike-gao）