“蜻蜓撼石柱”——美國探測器成功採樣小行星“貝努”_風聞

作者：蘭順正

首發自：《太空探索》2020年第12期

在美國東部時間2020年10月20日18:12，美國國家航空航天局（NASA）發射的“奧西里斯-REx”探測器以每秒10釐米的緩慢速度，成功降落在近地小行星“貝努”（Bennu）的表面並採集樣本，這也是美國首次採集到小行星樣本。

“貝努”小行星編號為101955，其名稱來源於古埃及神話中的不死鳥，有45億年曆史。“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，其軌道位於地球和火星之間，近日點在地球公轉軌道以內，目前距離地球約3.2億公里。科學界認為，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瞭解，為將來進一步探索太陽系打下基礎。

“奧西里斯-REx”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”，於2016年9月發射升空由NASA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，首要任務就是採集樣本，尋找太陽系形成乃至生命起源的線索。

為實施這次採樣行動，該探測器自2018年起一直在繞貝努做軌道運行，對其進行詳細研究，以搜尋最佳採樣地點，探測器為此開展了多次額外的近距離飛越觀測。最後地面團隊在去年12月將採樣地點確定為位於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，夜鶯坑地處高緯度，能避開更靠近赤道位置的大晝夜温差，從而讓有機物和含水礦物有更大的機會得以保存下來。另外那裏有很多細顆粒物，容易被採樣機構吸取。而且夜鶯本身形成的年代並不久遠，意味着探測器應能提取到最近才被翻出來的樣品。

據報道，整個採樣過程持續約4.5小時，任務團隊遠程操作，探測器自動完成。由於“貝努”引力很小，因此探測器無法直接降落在其表面。探測器首先點燃推進器，脱離繞“貝努”運行軌道，緩緩靠近貝努表面。下降過程中，其太陽能電池板在探測器上方以Y字形翼狀展開，以避免接觸到貝努表面。隨後，探測器採取“一觸即走”式採樣：探測器噴出加壓氮氣吹起“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。NASA科學家估計，機械臂掘進貝努粗糙、易碎表面48釐米深，採集了大約400克樣本。在完成採樣任務後，探測器點燃助推器飛離小行星至安全距離。不過隨後又出現了一個“插曲”，按計劃“奧西里斯-Rex”探測器此次會收集最少60克、最多2公斤的樣本帶回地球，所以探測器原本會在10月24日實施一個緩慢旋轉動作，通過測量採樣前後轉動慣量的差異來測定樣品重量，以保證採到了至少60克的物質，且能將其存放好。若未採到樣品或是採樣數量不夠，探測器將可能再做兩次嘗試。但在23日NASA緊急召開新聞發佈會，稱由於在貝努表面採樣過多，一塊岩石卡住“奧西里斯-Rex”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NASA取消了原定樣本稱重環節，下令樣本容器儘快進入返回艙。

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，其“隼鳥一號”探測器已經第一個將小行星樣本帶回地球。“隼鳥二號”預計在2020年12月6日攜帶大約三百萬分之一盎司的樣本從小行星“龍宮”返回地球。而“奧西里斯-Rex”將於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，“奧西里斯-REx”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採樣任務。

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2175～2199年期間，其撞擊地球幾率為1/2700。所以此次對於“貝努”的探測除了有助於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係外，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，瞭解它們的軌道和物理特徵，在此基礎上研究如何保護地球免受撞擊危險，這對於人類未來免受“滅頂之災”顯得非常重要。