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在小行星贝努撞击地球之前 NASA决定先下手了(组图)

新闻来源: Nature自然科研 于2020-10-20 10:03:54  提示:新闻观点不代表本网立场

原文作者:Alexandra Witze

OSIRIS-REx航天器即将进行一次高难度作业:从小行星贝努(Bennu)上挖取岩石样本,并将其送回地球。

美国航天局即将首次对一颗小行星“下手”。10月20日,在距离地球约3.34亿公里的地方,美国航天局的OSIRIS-REx航天器将接近一颗名为“贝努”(Bennu)的深色菱形小行星,目的是在其表面上停留几秒钟——这个时长足够收集尘埃和卵石。如果成功的话,OSIRIS-REx将把这些富含碳的碎石送回地球,科学家们便可以从中寻找太阳系历史的线索。 



美国宇航局的OSIRIS-REx航天器将对菱形小行星贝努进行采样。来源:NASA/Goddard/亚利桑那大学。

前往贝努表面的旅程并不容易。OSIRIS-REx将不得不穿过一块高耸的巨石——绰号“厄运山”(Mount Doom),然后进入一个不比几个停车位大的取样区域。“我们的第一次尝试可能不会成功。”任务的首席研究员、亚利桑那大学的行星科学家Dante Lauretta说。但如果真的成功了,他说,“我希望大家把它当成一个好消息——我们可以为之骄傲,今年发生了太多疯狂的事情了。”

来回往返

耗资8亿美元的OSIRIS-REx于2016年发射,是美国航天局的首个小行星取样任务。此前,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的两项任务已经从小行星表面获得了尘埃样本——去年取样的一些尘埃目前正在返回地球的路上,准备等待分析。在JAXA任务之前,科学家主要是通过研究坠落到地球上的陨石来了解小行星的组分,而这些陨石在穿越大气层撞击地球时可能会受到污染。

直接从小行星上挖取样本,可以研究45亿多年前太阳系形成过程中遗留下来的岩石。每一颗小行星都有自己的故事,讲述它是如何形成并随着时间的推移而演变的;贝努星特别吸引人,因为它可能含有富含有机化合物的物质,而这些有机化合物在整个太阳系中都能找到,包括地球上的生命。

但首先,OSIRIS-REx必须努力完成采样。Lauretta和他的同事们之所以选择贝努作为目标,是因为他们认为这颗500米宽的小行星相对平稳,容易降落。但在OSIRIS-REx于2018年抵达并开始绕行贝努后,仔细观察了一下,发现了大块危险的巨石[1]。

因此,任务工程师开发了一个自动化系统,引导航天器降落到表面。该系统在航天器下降时收集图像,并与以前拍摄的同一目标区域的图像进行比较。之后,OSIRIS-Rex会跟踪它是否安全地走在其预先选择的路径上。如果不安全,它会自动中止操作并飞离小行星,等待第二次降落的机会。



从贝努表面上空250米处俯瞰“夜莺”(Nightingale)——OSIRIS-REx的选定取样点。来源:NASA/戈达德/亚利桑那大学。

它的目标是一个名为“夜莺”的16米宽的陨石坑——为着陆提供了一个相对平稳的表面。华盛顿特区史密森尼国家自然历史博物馆的行星科学家Erica Jawin说,如果你能站在“夜莺”中间,你会感觉到脚下的卵石和细沙。她曾研究过贝努的地质学[2]。厄运山会耸立在你的上方,大约是一栋两层楼的高度,那“相当吓人”,她说。

OSIRIS-Rex在向“夜莺”降落时,将伸出3.3米长的机械臂。当它接触到小行星时——计划在美国东部时间下午6时12分,它将释放出一股氮气,吹到小行星表面,吹起一堆小行星碎片中的小颗粒。接着,一个取样装置将吸取其中的一些颗粒并储存起来。



来源:NASA

这个过程将只持续10-15秒,与其说是着陆,不如说是“碰个拳”。一旦OSIRIS-Rex完成样本收集,它将退到安全距离,留待科学家评估它收集了多少物质。美国宇航局希望至少能收集60克——但少一点也没关系。“如果是58克,我们也能收工回家了。”Lauretta说。

如果OSIRIS-Rex收集到的物质只有40克或更少,那么科学家们很可能会将它送回贝努上的第二个位置——“鱼鹰”(Osprey),再收集多一些。(Lauretta说,OSIRIS-Rex不能进入“夜莺”二次取样,因为第一次的氮气会把表面的小岩石吹到不确定的位置,导致“二次下探”很危险。)在“鱼鹰”的采样可能会在1月份进行;无论如何,OSIRIS-Rex将在3月份离开贝努,并最终在2023年带着它的珍贵样本降落到地球上。

剖析小行星

贝努的一生经历了很多。它形成于大约1亿年到10亿年前,当时它在太阳系小行星带的一次宇宙碰撞中,从一个更大的“母体”中分离出来。但贝努保留了其母体的痕迹。OSIRIS-REx在绕着小行星运行时,探测到其表面的一些巨石上充满了古碳酸盐脉。碳酸盐可能是在冰块融化并流经母体时形成的,在其岩石内部引起水反应。

这一发现在《科学》的一篇论文[3]中宣布,文章第一作者、美国宇航局戈达德太空飞行中心的行星科学家Hannah Kaplan说,看到那些碳酸盐脉 “让我感到很惊讶”。它们宽约几厘米,可以延伸超过一米长——比一些陨石中看到的碳酸盐脉大得多。根据Lauretta的说法,碳酸盐脉较大,表明贝努的母体曾经有一个巨大的热水系统流过——这意味着它有很多活跃的地质构造。这些碳酸盐的一些碎片可能位于“夜莺”的地面上,并被OSIRIS-Rex拾取。

研究人员计划将贝努样本与目前正在返回地球途中的小行星“龙宫”(Ryugu)样本进行比较;龙宫是JAXA的“隼鸟2号”(Hayabusa2)航天器去年探访的一颗较大的小行星。“我感觉自己就像一个被宠坏的孩子,可以在生日时切两个美味的蛋糕。”参与隼鸟2号项目的英国伦敦大学皇家霍洛威学院的行星科学家Queenie Hoi Shan Chan说。龙宫表面富含水的物质似乎比贝努少;通过比较样本,研究人员将能够更好地了解小行星上常见的含水过程和有机物质,Chan说。

科学家们还将在贝努的岩石上寻找如何保护地球不受小行星伤害的线索。贝努在地球附近危险地运行,并有很小的几率在22世纪的某个时候撞上地球。研究表明,这颗小行星更像是一个松散的碎石堆,而不是一块坚固的岩石。通过仔细研究贝努岩石的密实度,科学家可以提出转移或分裂对地球构成威胁的近地小行星的方法。

“来自贝努的任何样本都会有极大的用处——对于我们在地球上收集的行星样本来说是一个至关重要的补充,” Jawin说,“贝努大概不会太介意我们偷了它的一些岩石吧。”

参考文献:

1. Lauretta, D. S. et al. Nature 568, 55–60 (2019).

2. Jawin, E. R. et al. J. Geophys. Res. Planets 125, e2020JE006475 (2020).

3. Kaplan, H. H. et al. Science https://doi.org/10.1126/science.abc3557 (2020).
网编:和评

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