这张小行星贝努的图片由12张图片拼接而成,为冥王号飞船2018年12月2日在距离小行星24公里的位置拍摄。 图片来源:NASA  

这张(zhang)(zhang)小(xiao)行(xing)星贝努(nu)的(de)图片由12张(zhang)(zhang)图片拼(pin)接(jie)而成,为冥王号飞船2018年12月2日在距离小(xiao)行(xing)星24公里的(de)位置拍摄。 图片来源(yuan):NASA

  经过两年多的(de)空间“旅(lv)行”,冥王(wang)号(OSIRIS-REx)飞船终(zhong)于在2018年底(di)飞抵小行星贝(bei)努(Bennu),而让负责这(zhei)一采样任务(wu)的(de)科(ke)研团(tuan)队尤(you)为兴奋的(de)是,他(ta)们“观测到了水”。

  近日(ri),该团队(dui)在《自然(ran)》杂志(zhi)上发(fa)表(biao)7篇论文,介绍了冥(ming)王号靠近贝(bei)努和飞抵阶段早期的探测数据(ju)与分析结果,包括其形态、密度、自转(zhuan)速(su)率等主要参数。

  文章(zhang)作者(zhe)之一、冥(ming)王号项目科(ke)研(yan)团队(dui)成员(yuan)、美国行星科(ke)学(xue)研(yan)究所研(yan)究员(yuan)邹(zou)小(xiao)端向《中国科(ke)学(xue)报》揭示了他们(men)“观测到水”为何会如此兴奋(fen):大量含水矿物的(de)存在,证实了贝(bei)努这一碳质球(qiu)粒(li)陨(yun)石的(de)形(xing)成年代比预期要早(zao),代表了原始(shi)的(de)太(tai)阳系(xi)形(xing)成物质。换句话(hua)说(shuo),贝(bei)努蕴含着生命起源的(de)秘密。

  小行星撞地球的威胁

  小行(xing)星(xing)贝努(编(bian)号101955)由麻省理工学院林(lin)肯实(shi)(shi)验室的(de)(de)近地(di)(di)小行(xing)星(xing)调查项目(mu)LINEAR发现。之所以选择(ze)它作为(wei)冥王(wang)号任务(wu)的(de)(de)目(mu)标,因为(wei)这(zhei)是一颗危险(xian)的(de)(de)近地(di)(di)天(tian)体(ti)且非常神秘。用南京航空航天(tian)大学航天(tian)新技术实(shi)(shi)验室教授李爽(shuang)的(de)(de)话(hua)说,“贝努是可能因为(wei)地(di)(di)球(qiu)重力场(chang)的(de)(de)作用而与地(di)(di)球(qiu)存(cun)在相撞(zhuang)风险(xian)的(de)(de)”。

  这(zhei)一(yi)说法,得到了欧洲空间(jian)局的(de)数据支持(chi)。

  根(gen)据欧洲空间局公(gong)布的数据,贝(bei)努(nu)轨道可(ke)能非常接近地(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)。例如(ru)在(zai)2060年9月23日,贝(bei)努(nu)与(yu)地(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)的距离仅(jin)75万公(gong)里。如(ru)果贝(bei)努(nu)在(zai)接近地(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)时通过重力锁眼区域,其轨道发生改变(bian),那(nei)么(me)下(xia)一次飞向地(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)时就(jiu)可(ke)能与(yu)地(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)相撞。据预测,贝(bei)努(nu)在(zai)2175年与(yu)地(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)相撞概率最大。

  “地球附近存在大量(liang)潜在危险小(xiao)行星(xing)(xing),相关小(xiao)行星(xing)(xing)探测任务可以验证(zheng)小(xiao)行星(xing)(xing)防御(yu)技术(shu),提升(sheng)小(xiao)行星(xing)(xing)防御(yu)能力,保障人类安全。”李爽向(xiang)《中国科学报》介绍(shao),这是冥王号任务的重要(yao)意义之一(yi)。同(tong)时,它对于测试(shi)和发展航天(tian)新技术(shu)(如离(li)子推进、轨道设计技术(shu)等)具有(you)促(cu)进作用。小(xiao)行星(xing)(xing)中蕴(yun)藏的丰富矿物资(zi)源,也让其具有(you)经济价值。

  冥王号探测(ce)器于2016年(nian)9月升(sheng)空,前往贝(bei)努开展超(chao)过12个月的科(ke)学研究,之后返回(hui)地球。

  邹小(xiao)端(duan)告诉《中国科学(xue)报(bao)》,这是(shi)(shi)美国首个小(xiao)行星(xing)采样返回任(ren)务(wu),是(shi)(shi)继新地平(ping)线和朱诺(nuo)之后, 美国宇航(hang)局(NASA)又一个耗资约10亿(yi)美元的新边(bian)疆计划(hua)太阳(yang)系行星(xing)研究(jiu)项(xiang)目。其主要目标(biao)(biao)包(bao)括研究(jiu)小(xiao)行星(xing)的起源(yuan)、提(ti)高(gao)小(xiao)行星(xing)轨道预报(bao)精度等。“项(xiang)目的命名(ming)——OSIRIS-REx也正体现了这些科学(xue)目标(biao)(biao):起源(yuan)(Origins)、光谱分析(Spectral Interpretation)、资源(yuan)调查(Resource Identification)、安全(Security)、土壤探测(Regolith Explorer)。”

  揭示生命起源的秘密

  说到冥王号任(ren)务科学目标之一的(de)起源,除了小(xiao)行星起源之外,更重要的(de)是(shi)研究生命(ming)起源。

  “小行(xing)星(xing)是太阳(yang)系初期形成(cheng)的天体(ti),分布在自地球轨道内侧(ce)至太阳(yang)系边缘的广阔空间,数量庞大(da),种类(lei)繁(fan)多(duo)。”李爽说,针对小行(xing)星(xing)组(zu)成(cheng)物质、物理特征等(deng)的科学探测,对于研究太阳(yang)系演化、生命起源等(deng)科学问题具有重要意义。

  而(er)文章开篇(pian)所说的(de)“水”的(de)发现,验证了(le)研究生命起源这一科(ke)学目标的(de)可行性。

  冥王号飞船搭(da)载的(de)(de)两个(ge)光(guang)(guang)谱(pu)仪——可见光(guang)(guang)和红外(wai)光(guang)(guang)谱(pu)仪及(ji)热发射光(guang)(guang)谱(pu)仪揭示了含有(you)羟基(由(you)氧原子和氢(qing)原子组成)的(de)(de)分子的(de)(de)存在。

  “我们推测,这(zhei)些羟基(ji)存在于整个小(xiao)(xiao)行星含(han)水的黏土矿物中(zhong),这(zhei)意味(wei)着贝(bei)努(nu)(nu)的岩石材料曾与水相互作用。”邹小(xiao)(xiao)端介绍道,虽然贝(bei)努(nu)(nu)本身太小(xiao)(xiao)而无法(fa)维持液态水,但这(zhei)一发(fa)现确实表明液态水有时会出现在贝(bei)努(nu)(nu)的母体—— 一颗更大的小(xiao)(xiao)行星上。

  对此,NASA戈(ge)达(da)德太空飞(fei)行中心(xin)仪器科学(xue)家艾米·西蒙也表示,整个小行星中水合(he)矿物(wu)的(de)(de)存(cun)在证实了贝努是太阳系形成(cheng)早期的(de)(de)残(can)余(yu)物(wu),是研(yan)究原(yuan)始挥发物(wu)和有(you)机物(wu)组(zu)成(cheng)的(de)(de)优(you)秀样本。这些样品(pin)返回地球(qiu)时(shi),将成(cheng)为科学(xue)家研(yan)究有(you)关太阳系历史和演变的(de)(de)重要宝库。

  值(zhi)得一提的(de)是,科学家还(hai)在贝努这(zhei)(zhei)颗近地小行(xing)星(xing)上史无前例(li)地观(guan)测到喷(pen)出的(de)小石(shi)子。“以前大家认为近地小行(xing)星(xing)因为轨(gui)道距离太阳很近,应(ying)该是很‘干’的(de),不可能像(xiang)彗星(xing)一样活跃,有喷(pen)发现象(xiang),而眼前的(de)这(zhei)(zhei)颗小行(xing)星(xing)就像(xiang)太空(kong)里游走(zou)的(de)一坨碎(sui)石(shi)堆。”邹小端说。

  “刚(gang)发现的(de)时候我们开(kai)玩笑说,‘早知(zhi)道贝(bei)努会往外(wai)喷石头,带个(ge)购物(wu)袋去(qu)(qu)绕轨两年就可以(yi)满载(zai)而归了,根本(ben)不需要(yao)设计(ji)那么麻烦的(de)飞(fei)行(xing)控制策略去(qu)(qu)表面(mian)采(cai)(cai)样(yang)(yang)’。但事实上团队深知(zhi)这个(ge)状况对卫(wei)星原计(ji)划的(de)采(cai)(cai)样(yang)(yang)有多凶险,一(yi)不小(xiao)心(xin)飞(fei)船就可能被(bei)打坏。贝(bei)努小(xiao)行(xing)星既是(shi)(shi)惊喜,也是(shi)(shi)惊吓(he),太(tai)空(kong)探(tan)险的(de)乐趣大(da)概(gai)就是(shi)(shi)这样(yang)(yang)。”

  至少60克样本将被带回地球

  经过1.1亿(yi)公(gong)(gong)里的(de)长途跋涉,冥王(wang)(wang)号(hao)(hao)飞(fei)船于2018年(nian)12月(yue)3日飞(fei)抵(di)距离贝努19公(gong)(gong)里的(de)位置后,在(zai)(zai)接近目标的(de)飞(fei)行阶段,除了将两个光谱仪对准其表面开(kai)展科(ke)学探测外,还证实(shi)了贝努基于地面的(de)望远镜观测,并确(que)认了冥王(wang)(wang)号(hao)(hao)项(xiang)目科(ke)研(yan)团队负责人迈(mai)克·诺兰及其合作者在(zai)(zai)2013年(nian)开(kai)发的(de)原始模型。

  “该模型准确(que)预测了(le)小(xiao)行星的(de)实际形(xing)状,贝努(nu)的(de)直径、旋转速度、倾角和整(zheng)(zheng)体(ti)形(xing)状几乎与影像一(yi)致。”邹小(xiao)端说。贝努(nu)的(de)表(biao)面混合(he)了(le)相(xiang)当多的(de)岩石(shi),有些是巨(ju)石(shi)填充的(de)区域(yu)(yu),也有一(yi)些是缺乏巨(ju)石(shi)的(de)相(xiang)对平滑的(de)区域(yu)(yu)。整(zheng)(zheng)体(ti)来看,贝努(nu)表(biao)面的(de)巨(ju)石(shi)数量高于预期。

  同(tong)时,邹(zou)小(xiao)端表示,由于降落地球(qiu)的陨石已经被地球(qiu)大气(qi)和生物所污染(ran),因此冥王号的首要任务是从贝努采集原始样(yang)本,“这对研(yan)究行星(xing)形成(cheng)和生命起(qi)源尤为(wei)重要”。

  此次(ci),冥(ming)王号将(jiang)通过短暂接触完成(cheng)采样(yang),即采样(yang)机构接触小行星(xing)表(biao)面(mian)约5秒(miao),其间通过喷发氮气(qi)使表(biao)面(mian)岩(yan)石(shi)和各种物质卷入采样(yang)器中(zhong)。飞船(chuan)携带了足够3次(ci)采样(yang)尝试使用的氮气(qi),以确保(bao)采集60克至2000克土(tu)壤样(yang)品。

  邹小端介绍,2021年3月,冥王号飞船将(jiang)启程返回地球,经过至少(shao)63亿公里的飞行,在离开贝努两(liang)年半后,于2023年9月24日到达地球。样品返回舱(cang)将(jiang)与(yu)卫星分离并以至少(shao)12.4公里/秒的速度进入(ru)地球大(da)气层,最终着陆在位于犹他州(zhou)沙漠(mo)的测试训练场内。

  据了解,75%的(de)采集样品将被NASA 精(jing)心保(bao)存(cun)在休(xiu)斯敦的(de)约翰逊(xun)航天中心,供全世界的(de)科学(xue)家在未(wei)来开展深入的(de)研(yan)究(jiu)。