解读日本将太空岩石带回地球壮举的背后隐藏了哪些挑战

2019年02月23日 12:43 次阅读 稿源:凤凰网科技 条评论

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)2014年发射的一艘小行星探测器日前成功着陆在一颗高速飞行的近地小行星表面,它收集到了样本并准备带回地球用于研究。考虑到小行星“龙宫”(Ryugu)是一块很小的岩石,漂浮在距离地球约3亿公里(1.86亿英里)的太空中,因此这是一项令人振奋的成就。

“隼鸟2号”探测器准备着陆在小行星“龙宫”表面

“隼鸟2号”小行星探测器花了将近4年的时间才抵达“龙宫”这颗小行星,这是人类第二次从这样的小行星上收集样本。

把这样的样本带回地球让许多人感到兴奋,此举浸透了科学家们的艰辛汗水,背后隐藏着哪些困难挑战和伟大意义?

1、火箭载荷有限

在将宇航员派往小行星之前,人们需要找到一种有效的方法来分析小行星的矿物构成。这里最大的障碍是,由于火箭受到大小和重量制约,其有效载荷是有限的,因此人们无法在火箭上装配最好的科学设备。从这个意义上讲,人类在这些小行星表面上进行科学分析总是受限的。

令科学界兴奋的是,日本科学家找到了一个变通的方法:带回小行星的样本在地球上进行分析。

2、着陆困难

为了实现这一重大壮举,“隼鸟2号”在到达钻石形状的“龙宫”所处的位置后,不得不在六个多月的时间里保持环绕它的轨道运行。在此期间,JAXA团队对这颗小行星进行仔细研究,并为探测器安全着陆制定计划。“隼鸟2号”从其轨道上发射了两台跳跃探测器Rover-1A (HIBOU)和Rover1B (OWL),以勘测该小行星的地形,并寻找着陆点。

这是一项极其复杂的任务,因为当两台跳跃探测器执行侦察任务时,“隼鸟2号”必须保持在小行星周围的轨道上,而这颗小行星当时相对于地球的飞行速度超过了22000公里/小时(13891英里/小时)。

当探测器发现这颗小行星的表面对“隼鸟2号”着陆构成挑战时,冒险就变得更加紧张了。虽然JAXA的科学家最初认为“龙宫”的表面是一种“粉状细风化层”,但跳跃探测器发现,这颗小行星的表面实际上由比预期更大的砾石构成。

“隼鸟2号”探测器着陆在紫色圆圈内(直径约6米)。十字标记出了原本计划着陆的位置。

事实上,“隼鸟2号”能利用(跳跃)探测器内部旋转的质量所产生的扭矩,跳过“龙宫”的低引力场,绕着这颗小行星移动。这与人类在月球和火星上进行探索时使用的轮式探测器完全不同。

3、三次采样

在安全着陆后,“隼鸟2号”向这颗小行星的地面发射出子弹,产生出了一堆更小的软碎片。“隼鸟2号”将这些小碎片收集起来后,再次上升到小行星的轨道上。

在接下来的几周到几个月里,“隼鸟2号”还将从“龙宫”上获取另外两个样本。第二次采样的方式将与上一次类似,但第三次有所不同,届时“隼鸟2号”会先向“龙宫”的表面发射一枚铜弹,等待尘埃清除,然后俯冲至小行星表面装载岩石碎片。

4、历时数年

虽然到目前为止,包括小行星、矮行星和其他天体在内的近16颗小行星已经被人类的太空探测器探测过,但“隼鸟2号”是人类的探测器第二次成功地直接着陆于小行星,并取样带回地球的记录。前一个记录来自于当前探测器的前身——“隼鸟号”。

在2005年的任务中,JAXA发射的探测器成功在小行星系川(Itokawa)上着陆,并收集了微小颗粒的样品,这些样品于2010年6月13日被宇宙飞船送回地球。在这5年时间里,日本科学家时刻不停密切监视着“隼鸟号”探测器的一举一动,漫长的旅程也考验着科学家们的耐心,期间出现的意外困难更是数不胜数。

5、探索太阳系的历史

“隼鸟2号”的主要目标是帮助科学家更好地了解太阳系的早期历史和进化,特别是太阳系内部行星——水星、金星、地球和火星的早期历史和进化。这一任务还可以帮助人类了解像“龙宫”这样的小行星在地球生命形成过程中所发挥的作用,这一问题至今仍是个谜。科学家们现在相信,被认为是谜团关键部分的水,可能是从其他小行星输送到地球的。

在“隼鸟号”成功完成任务之后,JAXA于2013年宣布,从这些样品中发现了大约1500颗地外颗粒,包括橄榄石、辉石、斜长石和硫化铁。

美国宇航局(NASA)也策划了一项类似的任务。NASA的“OSIRIS-REx”探测器于去年12月抵达其目标——直径500米、碳含量丰富的小行星贝努(Bennu)。该探测器计划在2020年获取样本,并于2023年9月将样本运抵地球。

也许通过更多这样的任务,人类将能够拼凑出生命起源的故事,并找到利用小行星巨大矿产资源的方法。

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