太陽系的考古學(xué)家

劉字 鄒小端

太陽系考古學(xué)家——冥王號(hào)探測器

身份

美國航空航天局（ NASA）首個(gè)小行星采樣返回探測器，NASA新疆界中級(jí)行星科學(xué)任務(wù)的第3個(gè)探測器（第1個(gè)是新視野號(hào)冥王星探測器，第2個(gè)是朱諾號(hào)木星探測器），高度繼承此前NASA火星探測器的成熟設(shè)計(jì)，攜帶五大探測儀器及獨(dú)特設(shè)計(jì)的取樣機(jī)械臂。

命名

“OSIRIS-Rex”，“0siris”是古埃及神話中冥王的名字，探測器全名其實(shí)由“起源一光譜分析一資源調(diào)查一安全一表土探測器”的英文縮寫而來，其命名也正是其科學(xué)目標(biāo)的集合：

Origins起源：采集太陽系早期的原始碳質(zhì)小行星樣品，研究生命起源和行星形成過程。

Spectral Interpretation光譜分析進(jìn)行光譜調(diào)查，對(duì)照地面觀測光譜數(shù)據(jù)，為望遠(yuǎn)鏡的小行星觀測數(shù)據(jù)提供重要參考。

Resource ldentification資源調(diào)查繪制碳質(zhì)小行星的化學(xué)和礦物地圖，為經(jīng)濟(jì)開發(fā)和未來的空間探測打基礎(chǔ)。

Security安全關(guān)注小行星對(duì)地球的潛在威脅，通過測量太陽光對(duì)小行星軌道造成的影響，提高未來小行星軌道預(yù)報(bào)的精度。

Regolith Explorer表土探測器精確記錄采樣點(diǎn)表土信息。

重量

211噸

運(yùn)載火箭

宇宙神-5運(yùn)載火箭

任務(wù)目標(biāo)

研究太陽系早期情況，驗(yàn)證小行星把生命要素帶到地球的科學(xué)猜想，并為商業(yè)性小行星采礦提供概念驗(yàn)證。

任務(wù)時(shí)間

2016-2023年，歷時(shí)7年

任務(wù)流程

2016-9-8發(fā)射升空。

2017-9深空機(jī)動(dòng)，重新飛越地球，完成地球借力飛行。

2018-8光學(xué)搜索目標(biāo)貝努，進(jìn)入接近段飛行。

2018-11進(jìn)入初察與環(huán)繞段，建立導(dǎo)航基礎(chǔ)。

2018-12-3進(jìn)入貝努軌道。將在軌運(yùn)行近2年，利用所攜相機(jī)、光譜儀和激光高度計(jì)等反復(fù)勘察，多次近距離飛越觀測，搜尋最佳采樣點(diǎn)。

2020-10-21觸即離式采樣。

2021-3執(zhí)行返回機(jī)動(dòng)，進(jìn)入彈道返回軌道。

2023-9樣品返回艙返回地球，將著陸于美國猶他州測

試與訓(xùn)練場。

太陽系考古對(duì)象——貝努小行星

對(duì)象篩選

太陽系小行星的個(gè)數(shù)超過55萬顆，為什么獨(dú)選貝努作為冥王號(hào)探測器考古的對(duì)象呢？主要有以下4個(gè)方面的考量

1·軌道接近地球且與火箭運(yùn)載能力匹配。

近地小行星有撞擊地球的風(fēng)險(xiǎn)，也更容易抵達(dá)。選擇軌道接近地球且與火箭運(yùn)載能力匹配的小行星，可以在現(xiàn)有能力下實(shí)現(xiàn)最大的科學(xué)價(jià)值。滿足此條件的小行星約8000顆。

2·具有最優(yōu)返回軌道。

冥王號(hào)探測器的目標(biāo)是帶回樣品，所探測的目標(biāo)必須有最優(yōu)返回軌道才能順利帶回樣品。滿足此條件的小行星還剩300顆。

3·直徑在200米以上。

直徑小于200米的小行星通常自轉(zhuǎn)太快（自轉(zhuǎn)周期小于2小時(shí)）或沒有穩(wěn)定的自轉(zhuǎn)軸?？茖W(xué)家擔(dān)心如此快的自轉(zhuǎn)會(huì)把天體表面松散的風(fēng)化層甩出去。這樣，還剩27顆小行星。

4·是C型小行星。

只有C型小行星被認(rèn)為是46億年前形成太陽系的冷塵云的化石。余下的27顆小行星中只有5顆是C型小行星，貝努是其中顆。

對(duì)象明確

貝努目前距離地球約334億千米，直徑約480米，大小如一座山。它誕生于太陽系形成初期，只比太陽系誕生的時(shí)間晚1000萬年，約45億歲，承載著太陽系數(shù)十億年前的原始樣本。同時(shí)，根據(jù)軌道測算，貝努在22世紀(jì)有1/2700的概率撞擊地球，因此被稱為“末日小行星”。

冥王號(hào)探測器的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)采用行星雷達(dá)系統(tǒng)，生成了7米分辨率的貝努形狀模型，測量了它的體積、密度以及精確的軌道特征;同時(shí)在哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的幫助下，確定了貝努是一顆C型小行星，并精確測定了它的旋轉(zhuǎn)速度;此外，斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡提供了熱紅外觀測，為評(píng)估飛行系統(tǒng)的環(huán)境條件，判斷小行星風(fēng)化層的特性提供了線索。這些豐富的觀測資料，以及對(duì)貝努化石特性的確認(rèn)，使貝努成為冥王號(hào)太陽系考古的首選目標(biāo)。

冥王號(hào)選擇了能力范圍內(nèi)最具科學(xué)價(jià)值的貝努小行星為目標(biāo)。以其獨(dú)特的吸塵器式收集方案盡可能多地收集了松散的C型小行星的風(fēng)化層樣品;冥王號(hào)將繼承成熟的星塵號(hào)宇宙飛船的返回方案，保障回程時(shí)樣品中富集的易揮發(fā)物質(zhì)不流失，確保樣品的科學(xué)價(jià)值。此次小行星采樣返回任務(wù)預(yù)計(jì)歷時(shí)7年之久，有望擴(kuò)展人類對(duì)太陽系從行星形成的原始階段到地球上生命起源這一歷程的認(rèn)識(shí)。