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NASA将取样小行星 探索太阳系寻找地球生命线索

时间:2016年09月07日 信息来源:《中国科学报》 点击: 【字体:

OSIRIS-Rex 探测器将从小行星上采集样本。图片来源:NASA


12年前,美国亚利桑那大学陨星学家Dante Lauretta刚刚崭露头角,一项突破性进展就接踵而至。他的团队主要负责分析富含碳的陨石,结果发现了一点点三磷酸盐,该分子为生命提供能量。但由于陆地污染物,该研究组无法将其分离,例如,一个取自澳大利亚化粪池的陨石样本。Lauretta需要一些更“纯净”的东西。


很快,导师Michael Drake的电话来了。他说,洛克希德·马丁公司计划为美国宇航局(NASA)打造一架探测器,该探测器将前往小行星,并携带新鲜样本返回地球。Drake询问Lauretta能否为其制定一个科学方案?Lauretta的答案是当然可以。“在之后的一年里,我一直在做这项工作。”他回忆道。


9月8日,耗资10亿美元的OSRIS-Rex探测器将被发射升空,带着Lauretta的愿望飞行至“贝努鸟”小行星采集表面样本。尽管它并非首个携带小行星尘埃返回地球的飞行器——早在2010年日本的“隼鸟1号”探测器就曾携带数千粒尘埃回到地面,但科学家相信,OSRIS-Rex探测器在2023年返回时将带给地球一份大礼:它携带的样本将为了解太阳系的构造和小行星撞击地球带来的氨基酸等有机分子提供新视角。


NASA戈达德太空飞行中心设备科学家 Dennis Reuter称,OSIRIS-Rex探测器的任务是探索太阳系原始构成成分,并试图揭晓太阳系的形成过程,同时将采集的小行星样本送回地球。“我们将会拥有一笔宝贵的科学珍宝。”Lauretta说。2011年,Drake去世后,Lauretta成为该项目的主要研究者。


相关样本将来自贝努鸟小行星。这个“B型”小行星是穿越太阳系的70万颗小行星中的一颗,之所以将它作为勘测目标缘于它是最接近的碳质小行星。它的运行轨道有时像月球一样接近地球,因此天文学家已经很好地对其进行了研究。


不过,贝努鸟小行星上仍有许多未解之谜。NASA约翰逊航天中心宇宙尘埃学家Mike Zolensky表示,例如,它能反射稍许蓝色,表明过去曾发生的升温事件可能破坏了人们期望的有机分子。


为了采集小行星表面的样本,探测器将在一个特殊区域盘旋,并以非常缓慢的速度下降,大约每秒下降10厘米。当探测器对目标区域抽吸物质时,仅能与小行星表面接触5秒时间。


这将是一次漫长的旅行。如果一切顺利,OSIRIS-Rex探测器将于2018年8月与小行星贝努鸟“相会”,并在距离其表面240米的高度进行采样,随后在2021年踏上返程,并于2023年将样本送返地球。


研究人员表示,它将研究雅科夫斯基效应(雅科夫斯基最早于1900年提出当小行星暴露于太阳光照下时,其一面受热升温,热量辐射相应增强,这将产生微弱的推进力。这种力虽小,但作用于小天体,足以对其轨道产生重大影响)。由于天体的形状和重力出现微小的不同就会影响这一效应,因此科学家希望以此机会开展近距离研究。该研究团队还希望能解开贝努鸟诞生之谜。


该探测器已经初步确定12个采样地点,Lauretta和同事将基于可操作性和安全性进一步减少“候选者”:例如,探测器无法到达贝努鸟的极点。但OSRIS-Rex将不会在该小行星上着陆,而是伸出一个带有真空室的机械臂,用3~5秒接触小行星表面,用氮气冲击岩石,将样本反弹入真空室。


田纳西大学行星学家Hap McSween表示,收集的样本将不会太多,每处60~300克。McSween将负责管理被保存在约翰逊航天中心的贝努鸟样本。就像阿波罗项目的月球岩石那样,这些样本大部分将留给以后的科学家。


这些昂贵且稀有的样本是否物有所值?加州大学洛杉矶分校陨石学家Alan Rubin表示,陨石能提供更好的线索,而且很便宜。但Lauretta团队认为,尽管富含碳的陨石可能来自贝努鸟等小行星,但并不能确定。他们相信,新项目带回的尘埃样本将能讲述贝努鸟的历史。


同样,该任务的最大挑战是如何将样本安全无污染地带回地球。这正是Lauretta最初面临的问题。该团队称,当2023年样本胶囊到达犹他州西部沙漠时,它将被保护在一个防热罩内,并系着降落伞。但“隼鸟1号”使用的也是类似的返回系统,结果密封圈泄漏,样本受到了污染。


不过,即便OSIRIS-Rex项目成功,它的货物可能也不是到达人们手上的首份富含碳的小行星尘埃。2014年12月,日本航天局发射了“隼鸟2号”探测器,打算在2020年将几克小行星物质带回地球。


据悉,OSIRIS-Rex探测器装配传感器和分光仪,用于绘制小行星碳质表面,还计划携带一个激光高度计以及一组由亚利桑那大学提供的相机、光谱分析仪和激光定位器。探测器预定9月8日由“阿特拉斯5号”火箭发射升空。


(作者:张章)
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