探索未知星空　耕耘無垠宇宙

2022年4月，“中國航天日”新聞發(fā)布會介紹了中國航天發(fā)展情況，國家已經(jīng)批復了行星探測工程，繼天問一號首次火星探測任務圓滿完成后，行星探測工程下一步即將開始小行星的探測，中國人探索宇宙的腳步將走得更遠。我國目前已經(jīng)開始著手小行星探測任務的實施，準備在2025年前后實施近地小行星2016HO3取樣返回和小行星帶中的主帶彗星311P環(huán)繞探測任務，實現(xiàn)近地小行星的繞飛探測、附著和取樣返回，希望通過一次發(fā)射探測兩類目標實現(xiàn)三種探測模式。

小行星（Asteroid或Minor planet）是太陽系內(nèi)類似行星環(huán)繞太陽運動，但體積和質(zhì)量比行星小得多的天體，包括主帶小行星、近地小行星、行星的特洛伊小天體、一部分海王星外天體以及一部分半人馬型小行星。

當人們將目光聚焦在月球上是否存在水、火星是否適合人類生存等前沿問題時，小行星也應該得到相應的重視。

一方面，從安全考慮，小行星可能會帶來毀滅性的災難。小行星的撞擊可能會帶來巨大災難甚至誘發(fā)生物滅絕，小行星撞擊說是最為流行的恐龍滅絕假說。但是目前為止，我們對小行星還是知之甚少。

另一方面，從科學的角度出發(fā)，小行星或許可以幫助我們探索太陽系形成的奧秘。由于小行星沒有大氣層，小行星上的隕石坑以及外來元素得以更好地保存，可以借此對太陽系的演化進行深入的研究。地球上水的來源或許也可以從小行星中找到答案，不少小行星的表面都有水存在的痕跡，或許水就是在幾十億年前由小行星或彗星帶來的。

為了對小行星的自轉參數(shù)、形狀、地質(zhì)形貌、表面組分、磁場環(huán)境等進行全面的探測，探測任務配置的科學載荷有中視場彩色相機、多光譜相機、熱輻射光譜儀、可見紅外成像光譜儀、探測雷達、磁強計、帶電粒子與中性粒子分析儀、噴發(fā)物分析儀等。

小行星普遍形成于太陽系早期，蘊藏著太陽系古老歷史的秘密，小行星探測對于揭示太陽系誕生和演化之謎有著不可或缺的作用，正因為對于小行星的研究如此重要，在我國制定小行星探測任務前，國際上小行星探測已有30多年歷程。

目前我們對小行星的了解大部分來自于隕石樣本，但很難確定隕石樣本來源于哪個小行星。隼鳥號是世界上首架從小行星上帶回物質(zhì)的探測器。2003年5月9日，JAXA成功發(fā)射隼鳥號探測器，計劃對小行星25143 Itokawa（糸川小行星）采集樣本并將采集到的樣本送回地球。

經(jīng)過兩年多的飛行，隼鳥號于2005年9月12日抵達距離糸川小行星20km的預定軌道。同年11月20日和26日，隼鳥號2次短時間著陸糸川小行星，并嘗試進行采樣。雖然2次采樣均以失敗告終，但仍有部分土砂在著陸時飛濺入開口的密封艙。隼鳥號從特定的小行星采集樣本，彌補了實際觀測數(shù)據(jù)與實驗室分析之間的差距。

2007年4月25日，隼鳥號踏上返回地球的航程。2010年6月13日，隼鳥號重新進入地球大氣層，返回艙成功降落在澳大利亞南部伍默拉附近的沙漠地帶，探測器主體則在大氣層中燃燒殆盡。

根據(jù)JAXA的說明，在返回艙中發(fā)現(xiàn)了大約1500個來自糸川小行星的顆粒。2011年8月26日，Science 雜志發(fā)布了6篇文章介紹隼鳥號的科學成果。通過對采集的顆粒進行分析，研究人員推測糸川小行星起源于一顆更大的行星，收集的顆粒已經(jīng)在小行星表面暴露了大約800萬年。

在隼鳥號圓滿完成探測任務后，JAXA于2014年12月3日發(fā)射隼鳥2號探測器，計劃對小行星162173 Ryugu（龍宮小行星）采集樣本并將采集到的樣本送回地球，然后飛往小行星2001 CC21與小行星1998 KY26展開下一階段探測。

在吸取了隼鳥號的經(jīng)驗教訓后，隼鳥2號的探測任務進展比較順利。隼鳥2號分別進行了兩次采樣。第一次采樣將一顆鉭質(zhì)子彈射向龍宮小行星表面，撞擊的小行星表層碎屑被收集進入采樣桿頂部的樣本收集器。

由于小行星表面長期受到空間風化，為了確定小行星表面與深層物質(zhì)的差別，對小行星次表層進行了第二次采樣。隼鳥2號向小行星表面投下一個載有9.5千克炸藥的撞擊器，被扔下的撞擊器在半空中引爆炸藥，將一個純銅質(zhì)薄板“炮彈”高速撞向小行星表面。巨大的撞擊在小行星表面留下了一個直徑超過10米、深約3米的人造撞擊坑。與此同時，為了不被誤傷，隼鳥2號留下一臺相機監(jiān)視爆炸、撞擊情況，本體躲避到小行星背后的安全地帶。塵埃落定后，隼鳥2號展開了第二次采樣。

2020年12月6日，樣品返回艙成功在澳大利亞伍麥拉試驗場降落，獲得總重5.4克的樣本。這是人類首次在小行星上成功完成多次著陸采樣，也是首次采集到小行星次表層樣本。經(jīng)研究，龍宮小行星樣本含有水合物、多種有機物質(zhì)和無機物質(zhì)。

隼鳥2號還剩余約30千克推進劑，并且各個系統(tǒng)工作狀態(tài)良好，因此將繼續(xù)探索旅程，計劃在2026年飛越小行星2001 CC21，于2031年抵達下一個目標小行星1998 KY26。

在遙感方面，隼鳥2號探測器本體攜帶了4臺科學載荷（不包括著陸器等包含的科學載荷），包括近紅外光譜儀（NIRS3）、熱紅外成像儀（TIR）、光學導航相機（ONC）和激光高度計（LIDAR）。

除了隼鳥號以外，還有兩顆著名的小行星探測器，分別是黎明號和歐西里斯號。2007年9月27日，NASA成功發(fā)射黎明號探測器，目的是奔赴火星與木星之間的小行星帶，探測其中最大的兩顆原行星：小行星灶神星與矮行星谷神星。灶神星屬于巖狀天體，而谷神星則是典型的冰態(tài)天體。這兩顆天體都在太陽系歷史的早期形成，由于木星的強大引力而演化遲緩，沒能成為行星。通過對這兩顆天體截然不同的演化路徑進行對比研究，可以了解是什么因素控制了天體演化。這是人類第一次環(huán)繞小行星帶的天體，也是第一次探訪矮行星。

經(jīng)過四年左右的飛行，黎明號進入灶神星軌道，展開對灶神星長達14個月的繞飛觀測。經(jīng)過全角度多方位的觀測，科學家們發(fā)現(xiàn)灶神星與大多數(shù)小行星不同，已經(jīng)形成了金屬的內(nèi)核、巖質(zhì)的幔層和殼層。數(shù)據(jù)顯示，灶神星也是地球上隕石的最大單一來源。

小行星1999 Bennu（貝努小行星）是有可能撞擊地球的小天體之一，被視為潛在威脅天體。了解貝努小行星的物理特性有助于未來開展避免小行星撞擊任務。從小行星采集的樣本有望使科學家進一步了解太陽系的形成與演化，包括行星的形成與地球生命的起源。

剛剛過去的2022年4月24日是第七個中國航天日，也是我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”成功發(fā)射52周年紀念日。在這52年間，中國航天事業(yè)創(chuàng)造出一個又一個舉世矚目的中國奇跡。我們邁向太空的腳步也在不斷前行，相信在不遠的將來，中國的探測器也將在行星探測領域畫上濃墨重彩的一筆。