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隼鸟二号或能发现生命起源关键信息

归档日期:06-13       文本归类:弹头降落量      文章编辑:爱尚语录

  22日,日本发射的“隼鸟二号”小行星探测器成功在小行星“龙宫”短暂着陆。根据探测器发回的数据推断,科学家相信其已顺利完成降落、发射弹丸撞击“龙宫”表面、收集样本和再度升空等一系列既定任务。但样本采集效果如何尚需进一步分析。按计划,这是“隼鸟二号”三入“龙宫”着陆采样的第一次。科学家期待它能顺利完成3次采样,并在2020年将小行星样本带回地球。

  从“隼鸟二号”的前辈“隼鸟号”,到NASA的小行星探测器OSIRIS—Rex,“小行星采样返回”逐渐成为近年热点。专家表示,“龙宫”作为C型小行星,可能保存了太阳系形成早期的成分。此外此类小行星上可能会存在有机质和水,对其进行探测或有助于了解太阳系演化和生命起源之谜。

  而作为“隼鸟号”的升级版,“隼鸟二号”本身也携带不少尖端设备。尤其吸引人的是,在下一次着陆采样时,其搭载的“搭载型小型撞击器”(SCI:Small Carry-on Impactor)将在小行星表面炸出撞击坑,“隼鸟二号”将从坑里采集小行星的内部物质。

  根据光谱类型,科学家将小行星分为C型、S型、M型等。其中S型以硅化物为主,“隼鸟号”采样的小行星“丝川”即属S型小行星。M型以金属为主。

  而“龙宫”是C型小行星,这类小行星以碳质为主,表面反照率很低。为什么要去探测C型小行星?中国科学院紫金山天文台行星科学与深空探测实验室主任季江徽研究员告诉南方日报记者,首先,C型的小行星比较原始,可能保存了太阳系形成早期时候星云里面的一些物质;第二,C型小行星上可能存在一些有机物,“由此我们很容易联想到,地球上的生命是如何诞生的?地球上的生命是不是来自于类似于‘龙宫’这样的C型小行星?”

  类似的探索,季江徽介绍,2014年,欧洲航天局发射的“罗塞塔”彗星探测器携带的“菲莱”着陆器成功登陆67P/Churyumov-Gerasimenko(丘留莫夫—格拉西缅科)彗星,在其表面尘埃中发现了多种有机化合物,特别是发现了甘氨酸。甘氨酸是一种氨基酸,而氨基酸在生物中发挥重要作用,被认为是“生命基石”。

  季江徽表示,“生命小行星起源”说并非完全是天方夜谭。科学家从落在地面的小行星——陨石上就曾经发现有氨基酸。如上世纪60年代在澳大利亚发现的碳质球粒陨石“默奇森陨石”,其中发现了超过100种氨基酸,这之中包括常见氨基酸如甘氨酸、丙氨酸和谷氨酸,也包括一些罕见的氨基酸,例如异缬氨酸和叔亮氨酸,以及二氨基酸类,一类含有两个氨基的氨基酸。

  此外,季江徽表示,C型小行星上可能有水的存在,“地球上的水源,是不是有可能来源于这些地外天体?”

  “C型的小行星,可能在38亿年前太阳系的混沌状态下不断撞击地球,上面的有机物和水,可能慢慢地落在了地球上面,给地球带来生命的‘胚胎’。这就是为什么要去探测‘龙宫’的一个科学目标。”季江徽说。

  季江徽还表示,“龙宫”属于近地小行星,这类小行星有撞击地球的危险。“小行星撞击地球是非常普遍的一种现象,这也就是为什么要去探测它们的一个重要的原因。通过在轨的科学仪器,对这些小行星的基本运行轨道轨迹,或者是撞击地球的可能性,我们也可以做一些细致的判断。”

  季江徽还提到,对小行星的探测,有助于未来进行小行星资源开发,“将来我们是不是可以去对这一类的小行星进行资源利用,特别是像水在太空中是非常稀缺的,未来的宇宙航行里,小行星可以相当于中转站,可使用水冰在太空生产火箭燃料。”

  “隼鸟2号”的前辈“隼鸟号”是目前唯一完成小行星采样返回任务的飞行器。其往返过程堪称惊心动魄。

  “隼鸟号”采用的离子发动机曾因供电不足推迟了登陆“丝川”时间——在接近“丝川”的过程中,“隼鸟号”上负责控制姿态的两个反作用轮相继出现故障,不得不依靠仅剩的一个反作用轮和两台发动机来勉强维持姿态。之后,微型巡视器投放失败,未能被小行星微弱的重力场捕获。在着陆尝试中,“隼鸟号”又频繁与地球失联。科学家们只知道“隼鸟号”的确着陆在了小行星表面,但并不能确认采样是否按计划完成。随后,“隼鸟号”上发生姿态失控并与地球长时间失联近2个月,几乎让任务失败。在地面人员的不懈努力下,“隼鸟号”又恢复了与地球的联系,开始返回地球。更幸运的是,通过对回送舱中样品的分析,科学家们确认“隼鸟号”成功取得了小行星样品。

  有鉴于此,基于“隼鸟号”升级而成的“隼鸟2号”务求稳妥。比如,“隼鸟号”只携带了一个高增益天线——这个探测器头顶的“大锅盖”被用于和地球基站的联络。“隼鸟2号”吸取了前辈因姿态失控而与地球失联的教训,设计了双天线的双保险。

  另一个导航工具是星敏感器。星敏感器是探测器在宇宙间航行时通过测量恒星来进行位置姿态校准的仪器。“隼鸟号”安装有一个,而“隼鸟2号”安装有两个星敏感器,这有助于更精准地调整姿态。

  上文说到,“隼鸟号”的微型巡视器投放失败。有鉴于此,“隼鸟2号”分别携带了3个巡视器和1个着陆器,以求万无一失。

  2018年9月21日,“隼鸟2号”携带的两个巡视器成功着陆小行星“龙宫”表面,成为世界上首次着陆小行星上巡视器,巡视器也首次从小行星表面拍摄了照片。

  通过远距离观测,科学家们曾认为“龙宫”表面有足够探测器着陆的平地。例如,季江徽团队曾发表论文指出,利用先进热物理模型研究该小行星可能的表面热惯量分布,推测其表面绝大部分区域可能由岩石碎末或细沙等松散物质覆盖,部分区域可能是粗沙和石头的混合物,极少的区域覆盖着大岩石。

  来自日本宇宙航空研究开发机构的津田雄一副教授曾表示“原本的设计思路是在边长100米的四方区域中的任意地点着陆”。

  但随着“隼鸟2号”近距离勘探,却与预想有所差异。季江徽表示,“勘探后发现小行星比想象之中还要粗糙。‘龙宫’表面基本上都是非常粗的石头。”

  “这就是为什么原定去年采样,决定推迟到今年的2月份。其间需要对小行星表面做一个非常详细勘察,寻找那些比较细比较平坦的地方。”季江徽说,“肯定是安全第一。”

  最终,科学家选定了一块半径仅3米的稍微平整的土地。着陆前,“隼鸟2号”会释放一枚表面能反光的标记球,它能够起到灯塔一样的导航作用。之后“隼鸟2号”通过激光高度计和近距离使用的激光测距仪测量高度,实现着陆。

  按计划,“隼鸟2号”将进行3次着陆采样。已经完成的第一次采样中,“隼鸟2号”在着陆后从机体底部伸出一个筒状装置,这个装置会自动发射金属弹丸,采集飞扬起的沙尘。“隼鸟2号”携带的容器就能够收集到这些物质样本。根据发回的数据推断,科学家认为“隼鸟2号”已完成第一次采样任务。

  但之后的采样计划将比第一次更具暴力美学!从项目官方网站可以看到,“隼鸟2号”计划于3—4月间向小行星扔一个大“炸弹”,炸开表层后,“隼鸟2号”将于弹坑内降落,采集原本位于小行星内部的物质。

  这个“炸弹”正式名称叫“搭载型小型撞击器”(SCI:Small Carry-on Impactor)。撞击器装有炸药4.7公斤,被填充在锥形金属外壳中。“隼鸟2号”会在“龙宫”上空500米丢下撞击器,并像轰炸机投弹后一样迅速飞离,以免被炸弹波及。

  而撞击器释放后,会定时在半空爆炸,炸出由纯铜制成的碟状物(采用纯铜以区别于来自小行星上的其他物质)。这个2.5公斤重的铜质弹体将以每秒2千米的速度撞击小行星的表面,炸出一个大坑。通过观察撞击器碰撞前后小行星表面的发生变化来研究其内部结构。

  为什么要炸开“龙宫”表面采集样品?季江徽解释说,小行星经过了漫长的时间,它的表面会受到非常严酷太空风化。“所谓太空风化,就是很多宇宙射线、微陨石、太阳风会对小行星表面进行改造。改造了以后就会导致表面的东西不是非常原始。”

  “采样的目的是要去了解太阳系的演化,所以我们希望获得非常原始的东西,因此决定去炸一个坑,获得表面以下那些没有发生改造的物质。”季江徽说。

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