世界首試:日本「隼鳥二號」再登小行星,計劃帶回地下巖石樣本

2021-01-20 日本物語

今早,日本「隼鳥二號」探測器第二次著陸小行星「龍宮」。

早在6月26日,日本太空機構就稱,「隼鳥二號」太空探測器將第二次登陸小行星,以採集其在今年4月份製造的撞擊坑所產生的的碎片樣本。該探測器的任務就是將小行星地下巖石樣本帶回地球,這是一次大膽的、具有突破性的嘗試。

日本方稱:「(我們)將創造新的歷史。」

其實在早些時候日本就開始了小行星探測計劃。2014年12月從日本西南地區發射的「隼鳥二號」於2018年6月抵達小行星「龍宮」。今年2月份,「隼鳥二號」第一次在「龍宮」著陸,在探測這顆小行星表面樣本時發現了水合化合物,這有望幫助科學家推測小行星是否將水帶到了地球。今年4月,「隼鳥二號」向「龍宮」表面發射了一枚金屬彈,造成一個約10米寬的撞擊坑,其中含有約1cm高的巖樣堆積物。

發射金屬彈所產生的撞擊坑

據NHK此前報導,7月10日「隼鳥二號」從高度20公裡處開始緩慢向「龍宮」下降,在夜間抵達上空5公裡後,減速至10釐米/秒,小心翼翼地靠近小行星表面。

「龍宮」目前與地球相距2.5億公裡,比2月著陸時的3.4億公裡近,不過來自地面的通信單程仍需耗時14分鐘。由於在緊急情況下可能無法應對,在著陸前後將採用自行判斷並行動的「自主模式」。


本次任務需要採集的材料是當時從地下向周圍噴出的未風化巖石。因為埋在地底的巖石未因太陽風等風化,所以有望保持「龍宮」剛產生時的狀態。同時,小行星的巖石與其他大型天體的巖石不同,因巨大壓力及溫度等變性的程度較小。如果成功採樣,有望人們進一步探尋約46億年前的太陽系起源之謎,這是人們探測小行星最重要的原因。

早年,英國《自然》雜誌就將小行星探測列為2018年值得等候的科學事件。小行星的探測具有非凡的意義,中國科學院國家天文臺研究員鄭永春將其概括為三個方面:探索太陽系發源和演化、防備小行星撞地球以及隱藏的經濟資源。

行星「龍宮」


一、探索太陽系發源和演化。

鄭永春說:「小行星是太陽系中各大行星和衛星形成後的殘留物,其汗青險些與太陽系一樣長。但由於體積較量小,自身沒有演化,很是好地保存了太陽系形成早期的信息,不像地球因巖漿、火山等地質勾當而丟失了許多早期的信息。」

通過採集和研究小行星的巖石樣本,能夠探測到太陽系的原始物質,這對於科學家了解太陽系的形成,以及太陽系形成中的一些物質演化,具有極其重要的意義。當小行星探測技術發展到一定程度,也許小行星圍繞太陽旋轉的成因、小行星形成過程的機制等謎團就能夠解開了。

二、防備小行星撞地球。

地球經常處在小行星和彗星碎片的「火線」上。小行星通常被認為是太空碎片,容易受到其他行星,如木星等引力的滋擾,很可能會撞擊地球。

小行星碰撞說認為,約6500萬年前的恐龍滅盡就是小行星撞地球導致的。2013年,一顆20米寬、一萬噸重的小行星划過俄羅斯車里雅賓斯克市上空,並在距離地球表面29. 6千米的高空中爆炸。爆炸造成了1500多人受傷,約7000棟建築物受損,幸運的是沒有造成人員死亡。

為了維護地球的安全和穩定,科學界在努力推算這些事件發生的頻率,但是目前掌握的關於較大撞擊發生頻率的信息非常有限。通過探測小行星,人們就可以確定它們的軌道,並能夠預測其未來的飛行軌跡,以判斷它們是否有可能與地球發生撞擊。如果小行星有可能會撞擊地球,那麼小行星探測器可以降落在它們表面,並移動它們,因為探測器的一個小動作就可以使小行星的軌道發生偏移。

三、小行星有隱藏的經濟資源。

地球現在的資源越來越少,但是小行星中蘊含著巨大的能源。根據科學家的研究,小行星上含有多種稀有的金屬,以及很多人類需要的礦物質。另外小行星蘊含著豐富的水資源,能夠解決人類宇宙探索的需要。更主要的是小行星面積小,利於開發利用。假若有手段捕獲一顆小行星,或在小行星上開採,就有很大貿易價值。

探測小行星,採集和研究材料樣本,從而尋找其組成成分和歷史的線索。科學家希望通過研究像「龍宮」這樣的小行星來更多地了解太陽系來龍去脈,加深對於宇宙的認知,同時探尋關於外星生命的秘密,甚至是生命的起源。

 

國際的小行星探測約有20年曆程,從20世紀90年代開始,美、日先後完成了各自獨特的標誌性任務。

1991年,美國發射的「伽利略」木星探測器對951號Gaspra小行星進行了飛越探測,這是人類第一次對小行星的近距離觀測。

2000年2月14日,NASA(美國國家航空航天局)的「近地小行星交會」(NEAR,又稱「尼爾」)探測器順利進入距離愛神小行星35km的繞飛軌道,對其進行了多手段全面觀測,獲得了小行星大小、形狀、質量、質量分布、重力、磁場、自轉、成份和地質學數據。

2003年5月9日,日本「隼鳥」(Hayabusa)探測器成功發射,2005年10月到達近地小行星糸川(1998號SF36),並進行了交會與採樣,於2010年6月返回地球,成為世界上首個實現小行星採樣返回任務的探測器。

2007年9月27日,美國「黎明」(Dawn)探測器發射,其科學目標為了解太陽系開始形成時的條件和過程,測量灶神星和穀神星(現已被劃入矮行星)的質量、形狀等,同時考察2顆小行星的內部結構並進行對比研究。

2011年7月,該探測器被灶神星捕獲並進入其軌道,開始對灶神星進行探測,於2012年9月5日完成對灶神星的科學探測並離開灶神星。

2012年12月,NASA宣布「黎明」探測器探測到灶神星表面可能曾經有水存在。

2015年「黎明」探測器於3月達到穀神星並對其進行科學探測。


中國也將開啟首個小行星探測計劃。

今年4月20日,中國國家航天局的最新消息稱,中國深空探測規劃中的小行星探測任務已經確定,即通過一次發射實現一顆近地小行星取樣返回和一顆主帶彗星繞飛探測。綜合考慮成本和效率,我國的第一次小行星探測任務總體策略是「多目標、多任務、多功能、多階段」。

計劃中的小行星目標是近地小行星(469219) 2016 HO3。2016代表它被發現的年份。2016年4月27日,位於夏威夷哈萊亞卡拉天文臺的的泛星計劃望遠鏡(Pan-STARRS 1)首次觀測到這顆小行星。

因為是夏威夷發現的,所以照例取了一個夏威夷語名字,2016 HO3的夏威夷語名字是Kamoʻoalewa,意為「(軌道)不停振蕩的天體」。

泛星計劃望遠鏡首次觀測到2016 HO3(綠圈中) 

近地小行星 2016 HO3是目前最小、離地球最近、也是軌道最穩定的一顆衛星。而且,它和地球的公轉周期基本一致。雖然不是衛星,但「相伴」而行,親如衛星。

同時,它也是一顆阿波羅型小行星,這類小行星會運行到地球軌道內部去,有時會非常靠近地球,是從地球出發的探測器比較容易在短時間內探訪的一類小行星。日本「隼鳥二號」正在探訪的龍宮(162173 Ryugu)也是阿波羅型小行星。

按照國家航天局公布的規劃,中國的這次小行星探測任務將採用長徵三號乙運載火箭,於西昌衛星發射中心發射。

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