振盪天星與神秘彗星：天問二號的問天之旅 | 太空精釀_風聞

2025年5月29日1時31分，天問二號從西昌衞星發射中心搭乘長征三號乙火箭成功起飛，開啓了長達10年的太陽系探索之旅。按照計劃，它將在前兩年半時間內先後飛抵、探測、採樣小行星2016HO3。將採樣的樣品送回地球后，天問二號還將繼續花費7年時間去探測彗星311P。整個任務長達10年，最遠距離地球5億千米，預計將創造中國與世界航天的多個新紀錄。

天問二號在西昌發射的現場（圖源：新華社才揚）

為什麼選擇這兩個小天體探測？

《天問》是我國偉大詩人屈原著作的長詩，他在詩裏以浪漫主義情懷探討天地陰陽與日月星辰，發出了“日月安屬？列星安陳？”的千年感嘆。為此，中國航天在跨越千年時空後，提出了“天問”系列行星際探測任務，嘗試回答屈原留給後人的疑問。而就在他含恨投江（公元前278年）的2303年後，天問二號在端午節前出發，瞄準太陽系裏兩類頗為神秘的小天體，嘗試揭開科學界的幾個重要謎題。

第一個探測目標是小行星2016HO3，從這個命名就能簡單看出它的“出生日期”（發現日期）：2016年4月下半月（27日）發現的第89個小天體。這個編號的意思是2016年，第H時段（每個時段代表半個月，H = 8，4月下半月），在這個時段內從字母表循環3遍後又到了字母O，但這個字母表中不包括字母I，即只有25個字母，所以實際發現次序是3 × 25 + 14（剔除I後字母O編號14）= 89。它還有一個小天體的標準數字編號469219，以及發現它的夏威夷大學在2019年以夏威夷語起的名字“Kamo`oalewa”，這個名字有一個酷炫的涵義“振盪天星”。

 2016HO3一直在地球附近“振盪”（圖源：NASA）

從名字就能看出，這個小行星實在太特殊了，“振盪”體現在它一直在地球附近但並不像月球一樣穩定地環繞，“天星”體現在它圍繞太陽穩定公轉、並不被地球引力束縛成為地球的衞星，從下圖可以明顯看出它的軌道特點。它繞太陽公轉的軌道週期與地球幾乎一致（每年會有略微變化），但一直是個地球附近“上躥下跳”的小跟班，是一個“準衞星”，二者在太空中齊步共舞。 

從太陽視角看地球和“振盪天星”2016HO3（圖源：Phoenix7777，NASA/JPL） 

從地球視角看“振盪天星”2016HO3（圖源：Phoenix7777，NASA/JPL）

實際上，像它這樣的地球“準衞星”並不唯一，地球附近至少還有6顆。但關鍵在於它們距離地球很遠，並不被地球引力牢牢束縛，而是受到太陽、地球和其他天體的“多體攝動“影響，長期來看軌道並不穩定，理論上遲早會被彈走。但2016HO3的軌道目前來看還比較穩定，近幾百年內還將是地球的穩定小跟班。所以它一經發現立即成為了整個天文界、航天界的“超級網紅”，美國宇航局的太陽帆任務、科羅拉多大學的抵近探測任務都瞄準了它，不過時間已經證明中國的天問二號將是它的首個訪客。

2016HO3的尺寸非常小，或許只有40-100米的尺寸，大概28分鐘就能迅速轉一週，它極其微弱的引力甚至不足以讓它成為圓形。利用地球觀測的光譜特徵分析表明，它表面或許是硅酸鹽的碎石、沙礫和塵土構成。相信讀者們可以猜到，這類地球“準衞星”的形成肯定和地球、月球有着千絲萬縷的聯繫。科學家們提出過各種猜想，例如月球被劇烈撞擊拋射到太空的碎片、地球早期殘餘碎片、偶然被捕獲的近地小天體等。不過“耳聽為虛，眼見為實”，可能只有天問二號才能揭開它的神秘面紗。因此，2016HO3是天問二號的最核心探測目標，任務將採集最為珍貴的小天體樣本送回地球。 

哈勃望遠鏡看到的311P彗星的多個“尾巴“（圖源：NASA）

另一個探測目標是311P彗星，它又名P/2013 P5，是在2013年8月27日才發現的彗星家族新成員。等到哈勃望遠鏡瞄準它仔細觀察的時候，發現它竟然有6條分岔的“尾巴”，這與常規彗星僅有1條主要彗尾的特點完全不同。這顆彗星位於太陽系內火星軌道和木星軌道的廣闊區域，就像主小行星帶的劃分一樣。但它之所以叫做主帶彗星而非小行星，還是因為它呈現很多彗星的現象（例如不斷拋灑水冰）。而在此前天文學家的認知中，彗星大部分來自太陽系邊緣，主帶小行星也因為距離太陽過近很難保留水冰。所以為什麼這顆彗星會出現在小行星帶，至今還是一個神秘的問題。

此外，它的尺寸也很小，半徑或許僅有240米，能形成這種天文奇觀着實另類。科學家們懷疑它或許是由一堆帶冰“碎石”形成的鬆散組合，又或者是自己高速旋轉成“烘乾機”一樣導致水冰不斷甩出，才形成了這麼多尾巴。而且後續的高精度光學觀測中，還懷疑它附近甚至有一個”小衞星“環衞它的左右，且疑似它整體的外觀或許因為大量物質拋灑發生了較大改變。遺憾它實在太小，離地球又實在太遠，從地球附近很難看清楚這顆彗星到底發生了什麼。或許這就是天問二號第二個使命的重要意義。

天問二號為什麼這麼特殊設計？

從前文可以看出，無論是2016HO3小行星還是311P主帶彗星，都是近10來年才被人類集中認知、且藴藏巨大科學研究價值的珍貴特殊天體。對這兩個寶貴的“時間膠囊“的研究，可助力我們探究地月系統及太陽系演化的歷史，進而明白人類的前因和未來。然而，它們都非常小、非常遠，對它們的探測又談何容易。天問二號一馬當先，成為肩負人類重大探測使命的使者，也必須有多個絕活才能實現。

第一，天問二號要解決能源問題，這是航天任務順利實施的根本保障。天問二號最遠時距離地球超過5億千米，那裏的太陽能已極其微弱。為更好收集能量，就必須想辦法增加太陽能電池板的有效面積。然而，如果採用簡單增大傳統電池板寬度和長度的方式，對2016HO3探測和採樣過程中就非常可能出現帆板與它碰撞的風險。所以最後的選擇是採用圓形柔性太陽翼的方式，發射後從扇面打開、單個面積達到17平米，滿足能源需求。

天問二號的最大外形是圓形太陽能帆板（圖源：中新社）

第二，天問二號要解決動力問題。它耗時10年，要先逃離地球、追上抵近2016HO3、採樣後返回艙返回地球、主探測器再次逃離地球引力、追上並抵近311P，行程以10億千米級計。在抵近這兩個小天體時，天問二號還需要不斷自主變軌，保持與它們的穩定關係，主動使自己成為2016HO3和311P的“準衞星”。為此，天問二號配備了複雜的推進器系統，由電推進和化學推進組成。在深空中既要大力出奇跡快速變軌機動，又要長時間電推連續工作、小推力低能軌道轉移和精準保持相對小天體的位置。在返回地球后，又要藉助免費的“地球引力彈弓”改變軌道，再次被助推到遙遠的深空。漫長的飛行過程可謂驚險重重，但又精彩絕倫。

天問二號任務週期長達十年（圖源：國家航天局探月與航天工程中心）

第三，天問二號如何抵近採樣？2016HO3實在是太小太遠了，用地球上的測控天線只能支持數十千米級的導航定位精度，根本無法直接幫助天問二號直接抵近。為此，天問二號攜帶了各類相機、激光與雷達組成的一體化自主導航系統，通過實地觀測不斷校正二者相對位置，最終實現抵近。而2016HO3又太輕了，但轉得又太快，且表面形狀和地質地貌尚屬未知，基本不存在被它引力捕獲穩定着陸的情況。天問二號因此設計了複雜的多臂協作式機械系統，實際上是將自己“捆”在小行星表面，利用觸碰採樣、懸停採樣和附着採樣的綜合採樣方式，取回不低於100 g的樣本，屬於國內外首創，這樣才能確保所取樣本的代表性和科學意義。

第四，天問二號如何送回樣本？天問二號把樣本採完後還需送回，它的返回艙速度必將超過第二宇宙速度（11.7 km/s）衝入地球大氣層，這將產生巨大的震動和熱量，對返回艙的設計要求顯著提升。為此，必須攻克超高温材料設計、氣動設計、結構設計、姿態控制、採集樣本保護等多個技術難題，才能將最珍貴的“太陽系記憶碎片”送回科學家的手中。

第五，天問二號如何實現更多科學研究？採樣是最核心的目標，但如果僅是採樣也過於單一。天問二號還攜帶了可見紅外成像光譜儀、熱輻射光譜儀、多光譜相機、探測雷達、磁強計、帶電粒子與中性粒子分析儀、噴發物分析儀等，對2016HO3和311P實現全方位的“望聞問切”，徹底弄清楚這兩個天體的噴發物、幾何外形、組成成分、地質地貌、磁場和重力場等，建立它們的最全最綜合數據庫，形成最全“證件照”。

綜上，天問二號肩負着全球科學家們的深切期望，回應着屈原2000多年前的疑問，順利出發，中國航天為之突破了各方面關鍵技術，以最先進的能力努力在“振盪天星”上印上中國人的一小步，採集回寶貴的樣本送回地球。這是全世界科學家們的科學盛宴，也是中國航天人的技術狂歡。值此佳節之際，我們牽上屈原的跨時空念想，預祝它的十年之旅順利安康。