最遠的“追星族”:探索太陽系演化與地球生命起源
2019年04月15日10:24

  經過兩年多的空間“旅行”,冥王號(OSIRIS-REx)飛船終於在2018年底飛抵小行星貝努(Bennu),而讓負責這一采樣任務的科研團隊尤為興奮的是,他們“觀測到了水”。

這張小行星貝努的圖片由12張圖片拚接而成,為冥王號飛船2018年12月2日在距離小行星24公里的位置拍攝。 圖片來源:NASA
這張小行星貝努的圖片由12張圖片拚接而成,為冥王號飛船2018年12月2日在距離小行星24公里的位置拍攝。 圖片來源:NASA

  近日,該團隊在《自然》雜誌上發表7篇論文,介紹了冥王號靠近貝努和飛抵階段早期的探測數據與分析結果,包括其形態、密度、自轉速率等主要參數。

  文章作者之一、冥王號項目科研團隊成員、美國行星科學研究所研究員鄒小端向《中國科學報》揭示了他們“觀測到水”為何會如此興奮:大量含水礦物的存在,證實了貝努這一碳質球粒隕石的形成年代比預期要早,代表了原始的太陽系形成物質。換句話說,貝努蘊含著生命起源的秘密。

  小行星撞地球的威脅

  小行星貝努(編號101955)由麻省理工學院林肯實驗室的近地小行星調查項目LINEAR發現。之所以選擇它作為冥王號任務的目標,因為這是一顆危險的近地天體且非常神秘。用南京航空航天大學航天新技術實驗室教授李爽的話說,“貝努是可能因為地球重力場的作用而與地球存在相撞風險的”。

  這一說法,得到了歐洲空間局的數據支援。

  根據歐洲空間局公佈的數據,貝努軌道可能非常接近地球。例如在2060年9月23日,貝努與地球的距離僅75萬公里。如果貝努在接近地球時通過重力鎖眼區域,其軌道發生改變,那麼下一次飛向地球時就可能與地球相撞。據預測,貝努在2175年與地球相撞概率最大。

  “地球附近存在大量潛在危險小行星,相關小行星探測任務可以驗證小行星防禦技術,提升小行星防禦能力,保障人類安全。”李爽向《中國科學報》介紹,這是冥王號任務的重要意義之一。同時,它對於測試和發展航天新技術(如離子推進、軌道設計技術等)具有促進作用。小行星中蘊藏的豐富礦物資源,也讓其具有經濟價值。

  冥王號探測器於2016年9月升空,前往貝努開展超過12個月的科學研究,之後返回地球。

  鄒小端告訴《中國科學報》,這是美國首個小行星采樣返回任務,是繼新地平線和朱諾之後, 美國宇航局(NASA)又一個耗資約10億美元的新邊疆計劃太陽系行星研究項目。其主要目標包括研究小行星的起源、提高小行星軌道預報精度等。“項目的命名——OSIRIS-REx也正體現了這些科學目標:起源(Origins)、光譜分析(Spectral Interpretation)、資源調查(Resource Identification)、安全(Security)、土壤探測(Regolith Explorer)。”

  揭示生命起源的秘密

  說到冥王號任務科學目標之一的起源,除了小行星起源之外,更重要的是研究生命起源。

  “小行星是太陽系初期形成的天體,分佈在自地球軌道內側至太陽系邊緣的廣闊空間,數量龐大,種類繁多。”李爽說,針對小行星組成物質、物理特徵等的科學探測,對於研究太陽系演化、生命起源等科學問題具有重要意義。

  而文章開篇所說的“水”的發現,驗證了研究生命起源這一科學目標的可行性。

  冥王號飛船搭載的兩個光譜儀——可見光和紅外光譜儀及熱發射光譜儀揭示了含有羥基(由氧原子和氫原子組成)的分子的存在。

  “我們推測,這些羥基存在於整個小行星含水的黏土礦物中,這意味著貝努的岩石材料曾與水相互作用。”鄒小端介紹道,雖然貝努本身太小而無法維持液態水,但這一發現確實表明液態水有時會出現在貝努的母體—— 一顆更大的小行星上。

  對此,NASA戈達德太空飛行中心儀器科學家艾米·西蒙也表示,整個小行星中水合礦物的存在證實了貝努是太陽系形成早期的殘餘物,是研究原始揮發物和有機物組成的優秀樣本。這些樣品返回地球時,將成為科學家研究有關太陽系歷史和演變的重要寶庫。

  值得一提的是,科學家還在貝努這顆近地小行星上史無前例地觀測到噴出的小石子。“以前大家認為近地小行星因為軌道距離太陽很近,應該是很‘干’的,不可能像彗星一樣活躍,有噴發現象,而眼前的這顆小行星就像太空裡遊走的一坨碎石堆。”鄒小端說。

  “剛發現的時候我們開玩笑說,‘早知道貝努會往外噴石頭,帶個購物袋去繞軌兩年就可以滿載而歸了,根本不需要設計那麼麻煩的飛行控製策略去表面采樣’。但事實上團隊深知這個狀況對衛星原計劃的采樣有多凶險,一不小心飛船就可能被打壞。貝努小行星既是驚喜,也是驚嚇,太空探險的樂趣大概就是這樣。”

  至少60克樣本將被帶回地球

  經過1.1億公里的長途跋涉,冥王號飛船於2018年12月3日飛抵距離貝努19公里的位置後,在接近目標的飛行階段,除了將兩個光譜儀對準其表面開展科學探測外,還證實了貝努基於地面的望遠鏡觀測,並確認了冥王號項目科研團隊負責人邁克·諾蘭及其合作者在2013年開發的原始模型。

  “該模型準確預測了小行星的實際形狀,貝努的直徑、旋轉速度、傾角和整體形狀幾乎與影像一致。”鄒小端說。貝努的表面混合了相當多的岩石,有些是巨石填充的區域,也有一些是缺乏巨石的相對平滑的區域。整體來看,貝努表面的巨石數量高於預期。

  同時,鄒小端表示,由於降落地球的隕石已經被地球大氣和生物所汙染,因此冥王號的首要任務是從貝努採集原始樣本,“這對研究行星形成和生命起源尤為重要”。

  此次,冥王號將通過短暫接觸完成采樣,即采樣機構接觸小行星表面約5秒,其間通過噴發氮氣使表面岩石和各種物質捲入采樣器中。飛船攜帶了足夠3次采樣嚐試使用的氮氣,以確保採集60克至2000克土壤樣品。

  鄒小端介紹,2021年3月,冥王號飛船將啟程返回地球,經過至少63億公里的飛行,在離開貝努兩年半後,於2023年9月24日到達地球。樣品返回艙將與衛星分離並以至少12.4公里/秒的速度進入地球大氣層,最終著陸在位於猶他州沙漠的測試訓練場內。

  據瞭解,75%的採集樣品將被NASA 精心保存在休斯敦的約翰遜航天中心,供全世界的科學家在未來開展深入的研究。

  來源:中國科學報

關注我們Facebook專頁
    相關新聞
      更多瀏覽