NASA的小行星探測器將確定採樣地點，計劃2023年把樣本帶回地球

2020-10-14 艾伯史密斯

摘要：NASA的OSIRIS-REx探測器，在對1999RQ36近地小行星進行了為期一年的探測後，考察了四個備用採樣點，現在將進一步縮小為兩個，計劃在2020年夏季「降落」在小行星上，然後採集50~2000克的小行星樣本，並於2023年9月帶回到地球。

1999RQ36小行星

這顆代號「1999RQ36」的近地小行星，英文名為Bennu（貝努），發現於1999年，直徑大約550米，該小行星軌道的近日點在地球軌道內，遠日點在地球軌道外，軌道行跡非常接近地球軌道，屬於阿波羅型小行星，對地球具有非常高的危險性。

1999RQ36小行星的公轉周期為1.2年，每過6年會接近地球一次，科學家的計算表明，該小行星將於2135年穿過地球和月球之間，然後在2181年與地球的距離達到最近，此時撞擊地球的概率只有兩千分之一。

由於微小的影響，都會對小行星未來軌道產生巨大的偏差，所以科學家對小行星的軌道預測非常有限，如果這麼大的小行星撞擊地球，將會對地球生命造成毀滅性影響。

科學家猜測，這顆小行星極有可能是太陽系形成之初殘留下來的，保留了太陽系形成時的物質，對它的研究有可能揭開太陽系形成之謎，所以1999RQ36小行星成了OSIRIS-REx探測器的目標天體。

OSIRIS-REx探測器

2016年9月8日，NASA發射了名為「OSIRIS-REx」的探測器，全稱「Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer」，這顆探測器的任務之一，就是從1999RQ36小行星上採集樣本，然後再帶回地球。

OSIRIS-REx探測器於2018年12月3日抵達1999RQ36小行星，在距離小行星19公裡外與小行星同步飛行，並通過光譜分析儀，在小行星上發現了水存在的證據。

在2019年6月12日，探測器第二次接近小行星，將飛船置於軌道B上，距離小行星的表面只有680米。

下面是探測器對1999RQ36小行星，拍攝的部分高清圖像

（1）探測器上的雷射測高儀，對小行星表面進行了1100萬次的測量，得到了小行星的3D模型圖，其中深藍色區域比紅色區域低大約60米，而黑色部分是沒有測量到的區域。

（2）下圖中的大石塊，尺寸有52米，位於小行星南半球處，分別由左右兩架相機拍攝。

樣本採集

與日本隼鳥2號（著陸龍宮小行星，直徑大約900米）不同的是，1999RQ36小行星的引力實在太小了，OSIRIS-REx探測器採用一種接觸式的採集方式，而不是像隼鳥2號那樣直接著陸。

OSIRIS-REx探測器使用一根大約2米長的機械臂，在機械臂末端有一個形似噴頭的採集器，當探測器準備採集樣本時：

（1）探測器首先會抵達小行星表面125米的安全位置，然後評估風險程度，如果某項數據超出安全值，探測器將會立刻上升到安全高度等待地面命令。

（2）若安全位置各項數據正常，探測器就會切換到功率最小的推進器繼續下降。

（3）當到達55米的高度時，探測器會以0.1米每秒的速度接近小行星。

（4）當機械臂接觸小行星表面時，計時器開始工作，同時機械臂彈簧壓縮吸收探測器的動能。

（5）同時，採集器中的高壓氮氣噴出，把直徑小於2.5釐米的樣本吹入收集器當中，預計能採集50~2000克的樣本。

（6）數秒之後（根據實際情況確定時間），採集器停止工作，機械臂的彈簧彈起，把探測器與小行星進行分離。

（7）推進器工作，探測器以0.7米每秒的速度轉移到安全高度。

四個採樣地點

OSIRIS-REx探測器在前面一年的探測中，重點尋找最佳的採樣地點，並預選了四個備用採樣點，以四種鳥的命名，分別叫做：夜鶯（Nightingale）、魚鷹（ Osprey）、翠鳥（Kingfisher）和磯鷂（Sandpiper）。

四個位置在小行星上的3D位置演示：

地點一：夜鶯

小行星北極附近的一個小坑內，被一個更大的坑（直徑70米）包圍著，位於坑中心偏西的位置，這裡主要有著深色的細顆粒物質，顏色變化最大，表面溫度最低。

採集器要求的樣本顆粒直徑必須小於2.5釐米，還要避免較大石塊帶來的威脅，在夜鶯處還有著多個可供選擇的精確採樣點。

但是夜鶯周圍存在幾個較大的巨石，對探測器的採集有一定風險。

地點二：魚鷹

赤道附近一個直徑20米的小環形山內，富碳物質據有較高的光譜特性，顏色變化排名第二，巖石可能呈現多樣性。

由於小行星的赤道隆起，此處可能同時包含了小行星南半球和北半球的物質，是比較理想的採集點。

可以看到，在魚鷹處有一塊深色物質，北部則有一塊大而平的巨石。

上圖把10~21釐米的巖石用黃色標出，大於21釐米的巖石用紅色標出，方便研究人員選擇最佳的採樣地點。

地點三：翠鳥

赤道附近的一個小坑內（直徑8米），小坑被巨石包圍著。

但是在半徑5米內沒有大塊巖石，水礦物質也具有較高的光譜特性。

地點四：磯鷂

在南半球的一個大型環形山東南側，在半徑5米內，所處位置相對平坦。

但是在磯鷂周圍，有許多大石塊。

磯鷂周圍有兩個較小的坑，可能會給磯鷂注入相對年輕的物質，在所有採樣地點中，磯鷂的反照率排第二，而且還存在水合物，表明這裡可能含有未變形的富碳物質。

目前，NASA的研究人員已經仔細研究了四個樣本採集點的影響因素，接下來將著重挑選出「主採樣點」和「備用採樣點」，一旦確定下來，探測器接下來的工作將為明年夏天的採樣動作做準備，計劃2023年9月把樣本帶回到地球。

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