日本探測器登陸小行星首次取樣：樣本2020年送回地球

「隼鳥2號」拍攝的小行星「龍宮」，紅色箭頭指示預計採樣位置

藝術示意圖：在太空飛行的日本「隼鳥2號」探測器

　　新浪科技訊 北京時間2月22日清晨07：00（日本時間08：00）前後，日本「隼鳥2號」探測器成功實現在小行星「龍宮」表面的第一次採樣任務，預計飛船將獲取到少量岩石碎屑和土壤樣本。按照預定計劃，這些樣本將在2020年被送回地球。

　　2018年6月，經過長達3年半多的長途跋涉，「隼鳥2號」探測器抵達小行星「龍宮」。按照設計，在取樣時，飛船將逐漸降低高度，抵近這顆直徑1公里左右的太空岩石，最終在接觸小行星地表時向其表面發射一顆質量大約5克的鈦合金金屬撞擊器，它將以時速300米/秒的速度撞擊「龍宮」，濺射出大量碎屑物質。此時，取樣器將乘機獲取濺射起來的物質顆粒樣本。

　　從21日開始，「隼鳥2號」飛船便開始從距離「龍宮」小行星表面大約20公里的高度上開始下降。實際開始執行下降程序的時間比原先公布的計劃晚了幾個小時，不過任務控制中心表示他們將指令「隼鳥2號」相應地加速抵達距離表面5公里的高度上，因此最終的降落取樣時間並不會因此受到影響。

　　「龍宮」屬於一類特別原始的小行星類型，即所謂「C型」小行星，這顆近地小行星是早期太陽系留下的遺存。

　　按照太陽系成因理論，這類富碳小天體的形成區域應該位於地球軌道外側，溫度較低的區域，因此作為一顆近地小天體，科學家們認為「龍宮」小行星在其歷史上經歷了從小行星帶向內「遷移」的過程。但是，如果我們有機會可以實際獲取「龍宮」的物質樣本，那將讓我們隊這一過程和機制有更加深入的認識。

　　在2015年歐洲「羅塞塔」彗星探測任務之後，有一點結論已經相對清晰了，那就是原始地球上的水可能並非來自彗星，而是小行星。而科學家們相信富碳的C型小行星的成分中是非常富水的。早期地球上的水體以及後來構建生命的基礎——有機物分子很大一部分可能正是由這類小行星所帶來的。而對於所有這些認識，實際的取樣研究都將是最為權威的驗證。

　　此前，「隼鳥2號」已經向「龍宮」小行星的地表投擲了一個信標，這是一個小型，能夠反光的標記物，它將在飛船逐漸接近小行星粗糙的地表時充當引導標誌。地面控制人員將不斷命令探測器拍攝信標的照片，不斷修正下降航路，最終準確抵達預定的取樣地點。

　　「隼鳥2號」釋放到「龍宮」小行星表面，用於指引採樣降落的明亮反光「信標物」，圖像中還可以看到「龍宮」的影子

　　在此之前，日本宇宙航空開發機構（JAXA）曾經計劃在去年10月開展著陸行動。但很快發現這顆小行星的地表比原先設想的更加粗糙的多，到處都是散落的大小石塊，這給尋找合適的降落和取樣地點製造了相當大的麻煩。

　　地面控制中心此前希望能夠有一塊直徑大約100米的平坦區域用於探測器的降落和取樣。但考慮到這顆小天體的實際情況，最終他們選定的「著陸取樣場地」的直徑僅有6米。

　　用於取樣的取樣器從飛船底部伸出，長度大約1米左右。因此，在著陸器取樣的區域，有一點要求非常關鍵，那就是這一地點不能存在突出地表超過50厘米的岩石，否則就有可能存在在取樣時飛船剮蹭到岩石表面，造成飛船故障甚至失事的風險。

　　複雜的地表形態也可能影響到採集的樣本數量。在抵達「龍宮」之前，地面科學家曾經以為這顆小天體的表面是被一層均勻細膩的塵土所覆蓋的。很顯然，事實證明情況並非如此。

　　事實上，「龍宮」的地表是一層亂石，大多是直徑數厘米級別，大的甚至可以有數十厘米乃至更大。

　　這總粗大碎屑物覆蓋的粗糙表面其實是讓科學家們感到意外的。因為此前所有曾經造訪過的近地小天體，其地表物質的粒徑都要比這小得多。

　　專家們目前還無法對這種差異做出非常有把握的解釋，但科學家們普遍的觀點是認為這可能與其成分乃至自轉情況有關。因為這顆小天體的成分中非常富碳，而此前觀測的近地小天體都是以硅酸鹽成分為主的。另外，「龍宮」的形狀暗示其在過去可能自轉的速度相當迅速。這些情況或許會以某種形式影響到其地表物質的顆粒大小情況。

　　為了應對這一意外狀況，日本科學家在地面進行了多次驗證試驗，以確認飛船在這樣的地表情況下是否還能順利獲取到樣本。

藝術示意圖：正在採樣的「隼鳥2號」探測器。可以看到其採樣器已經接觸地面

　　為了盡量模擬「隼鳥2號」飛船所面臨的實際情況，他們構建了一個模擬「龍宮」小行星的模型，其地表物質的質地和顆粒大小都和實際情況接近，隨後將這個模型至於真空環境下，並發射一個「隼鳥2號」飛船使用的一模一樣的鈦合金金屬球去轟擊模型表面。

　　根據日本宇宙航空開發機構（JAXA）的說法，相關測試取得了超出預期的良好結果，撞擊產生了大量細小的碎屑物，應當可以被「隼鳥2號」攜帶的取樣器輕易捕獲。

　　這一實驗結果證明，「隼鳥2號」在這樣的情況下將照樣可以順利獲取樣本。在2018年9月份，「隼鳥2號」成功地向「龍宮」小行星表面釋放了兩台微型機器人，後者成功傳回在小行星地表拍攝的圖像和獲取的相關數據。隨後到了10月份，飛船還成功地向「龍宮」表面釋放了一台由法國和德國聯合研製的探測裝置「Mascot」，這基本上是一個科學儀器包，包括相機，磁強計，紅外光譜儀之類。

　　整個任務期間，「隼鳥2號」將進行3次採樣行動，並分別將三份樣本儲存在樣本返回艙內的3個分別獨立的密封儲存罐內。按照計劃，三次採樣的目標樣本分別是兩份地表物質樣本，分別是遙感顯示含水較豐富的成分，以及沒有明顯含水跡象的樣本，而第三次採樣則將嘗試採集淺地表下的樣本物質。

　　日本科學家們期望本次採樣任務最少可以採回不低於0.1克的物質樣本，但根據設計，「隼鳥2號」最多可以採集多達10克的樣本。而今天所進行的，正是三次採樣行動中的第一次。

　　前面已經介紹了表面採樣的方式，前兩次採樣基本就是使用這種模式。但是第三次，也就是最後一次採樣的方式可能會有些許不同。

　　按照目前的計劃，第三次採樣將在4月份進行，目的是獲取小行星地表之下未遭受空間風化的物質樣本。但這就要求使用撞擊器擊碎小行星地表相當厚度的風化層物質，以便暴露出下方的新鮮岩土成分。

　　為了達到這一目的，「隼鳥2號」將發射一顆重2.5公斤的銅製「子彈」，稱作「小型附帶撞擊器」（SCI），這顆「子彈」將高速撞擊「龍宮」，掀開其地表一部分，暴露下方岩土層，而在撞擊發生時，母船則將進行機動規避動作，以避開撞擊碎屑可能產生的危險。

「隼鳥2號」探測器樣本返回艙複製模型

　　撞擊器預計將在「龍宮」表面形成一個直徑大約2米的大坑，暴露下部物質。隨後「隼鳥2號」將等待兩周左右，等待撞擊產生的大量煙塵逐漸消散。當一切煙消雲散，「隼鳥2號」就將再次下降高度，在撞擊坑內嘗試對新鮮物質進行取樣。

　　「隼鳥2號」所取到的樣本，都將被儲存在具有絕緣隔熱功能的樣本返回艙內，準備送回地球。這個樣本艙直徑大約40厘米，高度20厘米，質量大約16公斤。

　　預計到2019年10月份，「隼鳥2號」設定的科學任務期將臨近尾聲。隨後，飛船將啟動離子發動機，開始變軌並踏上返回地球的旅程。按計劃，「隼鳥2號」將在2020年12月份飛越地球附近，屆時它將釋放樣本艙，後者將以高達每秒12公里的速度，一頭沖入地球大氣層內， 並最終打開降落傘，降落到澳大利亞西部的荒漠地帶，等待日本方面的回收。

　　前路漫漫，挑戰多多，我們預祝這一偉大的科學任務最終取得成功！（晨風）

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