“冥王號”成功采樣“貝努”

文/ 蘭順正

美國東部時間2020年10月20日18時12分，美國宇航局發射的“冥王號”（OSIRIS-REx）探測器以每秒10厘米的緩慢速度，成功降落在近地小行星“貝努”的表面并采集樣本，這也是美國首次采集到小行星樣本。

尋找太陽系起源線索

▲ 小行星“貝努”

“貝努”小行星編號為101955，其名稱來源于古埃及神話中的不死鳥，有45億年歷史。“貝努”只有510米寬，由一些破碎的巨石組成，這是迄今為止人類所有航天器探測的最小號天體，其軌道位于地球和火星之間，近日點在地球公轉軌道以內，目前距離地球約3.2億公里?？茖W界認為，小行星自太陽系生成之初構成元素就比較穩定，類似“貝努”的小行星可能曾為地球提供水和有機化合物，可能富含有價值的資源和貴金屬。因此研究“貝努”將增加人類對行星形成及地球生命起源的了解，為將來進一步探索太陽系打下基礎。

“冥王號”探測器英文全名為“起源、光譜釋義、資源識別與安全-風化層探測器”，于2016年9月發射升空，是美國首個小行星取樣任務，該探測器在2018年12月抵達“貝努”小行星，開始近兩年的繞行，首要任務就是采集樣本，尋找太陽系形成乃至生命起源的線索。

▲ “冥王號”準備在“貝努”表面采樣

▲ 2020年8月11日，“冥王號”進行第二次采樣演習

▲ “夜鶯”采樣區

為實施這次采樣行動，“冥王號”自2018年起一直在繞“貝努”做軌道運行，對其進行詳細研究，以搜尋最佳采樣地點，“冥王號”為此開展了多次額外的近距離飛越觀測。最后地面團隊在去年12月將采樣地點確定為位于“貝努”的北半球一處直徑16米名為“夜鶯”的隕石坑。按照任務首席專家勞雷塔的解釋，“夜鶯”地處高緯度，能避開更靠近赤道位置的大晝夜溫差，從而讓有機物和含水礦物有更大的機會得以保存下來。另外那里有很多細顆粒物，容易被采樣機構吸取。而且“夜鶯”本身形成的年代并不久遠，意味著“冥王號”應能提取到最近才被翻出來的樣品。

采樣中的“小插曲”

據報道，整個采樣過程持續約4.5小時，任務團隊遠程操作，“冥王號”自動完成。

由于“貝努”引力很小，因此“冥王號”無法直接降落在其表面?！摆ね跆枴笔紫赛c燃推進器，脫離繞“貝努”運行軌道，緩緩靠近“貝努”表面。在下降過程中，太陽能電池板在“冥王號”上方以Y字形翼狀展開，以避免接觸到“貝努”表面。隨后，“冥王號”采取“一觸即走”的采樣方式：“冥王號”噴出加壓氮氣吹起“貝努”表面的塵土和小卵石，使這些進入探測器長達3.35米機械臂末端的樣品收集器，整個接觸時間僅數秒。

美國宇航局的科學家估計，機械臂掘進“貝努”粗糙、易碎表面48厘米深，采集了大約400克樣本。在完成采樣任務后，“冥王號”點燃助推器飛離小行星至安全距離。不過隨后又出現了一個“小插曲”。

按計劃，“冥王號”此次會收集最少60克、最多2千克的樣本帶回地球，所以“冥王號”原本會在10月24日實施一個緩慢旋轉動作，通過測量采樣前后轉動慣量的差異來測定樣品重量，以保證采到了至少60克的物質，且能將其存放好。若未采到樣品或是采樣數量不夠，“冥王號”將可能再做兩次嘗試。但在23日美國宇航局緊急召開新聞發布會，稱由于在“貝努”表面采樣過多，一塊巖石卡住“冥王號”收集樣本的容器蓋子，導致容器無法閉合，一些碎石樣本泄漏到太空。為此美國宇航局取消了原定樣本稱重環節，下令樣本容器盡快進入返回艙。

取樣潛在意義大

到目前為止，只有日本的“隼鳥”系列探測器成功在小行星上進行了取樣，“隼鳥1號”已經第一個將小行星樣本帶回地球，“隼鳥2號”預計在2020年12月6日攜帶從小行星“龍宮”上采集的樣本返回地球。而“冥王號”將于2023年9月從地球近旁飛過時把樣本艙彈出送回地球，如果成功的話，“冥王號”不但將與日本的“隼鳥”系列探測器一起載入小行星探索史冊，而且還會成為自阿波羅任務帶回月球樣本以來，人類從太空帶回樣本量最大的采樣任務。

另外，“貝努”雖然體積很小，卻已被自動化監測危險近地天體系統列為撞擊地球最高危的潛在危險小天體，預測其在2175－2199年期間撞擊地球的幾率為1/2700。所以此次對于“貝努”的探測除了有助于驗證太陽系形成理論，以及探究小行星與地球生命形成的關系外，科學家也希望通過研究“貝努”找到更多對地球具有潛在威脅的小行星，了解它們的軌道和物理特征，在此基礎上研究如何保護地球免受撞擊危險，這對于人類未來免受“滅頂之災”顯得非常重要。★