出發(fā)吧，小行星探測器

張唯誠

2014年11月，“羅塞塔”號彗星探測器釋放了一個名為“菲萊”的著陸器于彗星的表面，這是人類的探測器首次在一顆彗星上實現(xiàn)軟著陸。彗星來自太陽系的邊緣，它們的組成通常是水冰和塵埃。科學(xué)家們之所以對彗星如此著迷，是因為在它們的物質(zhì)組成中隱藏著一些有關(guān)太陽系和生命起源的秘密;它們還有可能撞擊地球，是一種對地球文明存在威脅的天體，這一點又頗令人擔憂。

然而，彗星并不是唯一令人著迷又令人擔憂的小型天體，與其相似的還有另外一種小型天體，那就是小行星。在太陽系中，小行星的“家”比彗星離太陽更近，形態(tài)也更復(fù)雜，所以人們研究和探測小行星的熱情并不亞于彗星。截至目前，人類的探測器已對小行星進行了形式多樣的探測，人們還計劃把宇航員送到一顆小行星上去。屆時，宇航員將對小行星進行“實地考察”，然后帶上小行星的土壤樣本返回地球?！傲_塞塔”號對彗星的探測已經(jīng)成就了人類彗星探索的一座豐碑，而在不久的將來，人類也將迎來小行星探索的一個高峰。

飛向小行星

發(fā)射小行星探測器是探測小行星最為重要的方法，這種探測器可以進入小行星環(huán)繞軌道，對其成像、繪圖，并著陸其上提取土壤樣本。美國宇航局計劃于2016年發(fā)射一艘新的小行星探測器——“奧西里斯-雷克斯”，它將前往一顆名為“貝努”的小行星，然后提取其上的土壤樣本帶回地球。“貝努”是一顆近地小行星，直徑約550米，發(fā)現(xiàn)于1999年，它的軌道與地球軌道相交，有撞上地球的可能，因此受到高度關(guān)注。

小行星是天文學(xué)上的一個未解之謎，人類對這種天體的探索已經(jīng)持續(xù)了200多年。1801年1月1日，意大利天文學(xué)家朱塞普·皮亞齊在火星和木星軌道之間發(fā)現(xiàn)了谷神星。在隨后的幾年里，人們又相繼發(fā)現(xiàn)了智神星、婚神星和灶神星。這些星的個頭都太小，不足以界定為行星，因此被歸為小行星。但在2006年，國際天文學(xué)會重新界定了行星概念，谷神星與冥王星一起被歸入矮行星，由此退出了小行星行列。

在火星和木星軌道之間有一個小行星的密集區(qū)域，即小行星帶。那些小行星原本是要聚集成一顆大行星的，然而這個過程并沒有完成，于是便只遺留下了無數(shù)的小行星。2007年9月27日，小行星探測器“黎明”號起程前往小行星帶，去探訪谷神星和灶神星，這次任務(wù)的行程長達50億千米，耗時8年?？茖W(xué)家認為，46億年前，當太陽系形成的時候，這兩顆星停止了它們的成長步伐，它們沒有讓自己聚集足夠多的物質(zhì)去變成一顆大行星，而是定格在了那個混沌的年代，仿佛時間停止在了太陽系誕生的黎明時期——這便是“黎明”號這個名稱的由來。

“黎明”號和“隼鳥”號

“黎明”號已完成了對灶神星的環(huán)繞探測，這個過程持續(xù)了14個月。大約在2015年春天的晚些時候，“黎明”號就將抵達谷神星?！袄杳鳌碧栄b有3臺離子引擎，這種引擎推力極小，但效能很高。假若沒有離子引擎，“黎明”號只能抵達灶神星，無法對谷神器進行探測。離子引擎的工作原理是：通過電子轟擊氣態(tài)原子產(chǎn)生離子，離子經(jīng)電壓加速，形成高速噴射離子流，從而推動航天器前進。離子引擎工作時所需的電力來自太陽能電池板或者核燃料。

在小行星探測器的行列里，除了“黎明”號使用了離子引擎外，日本發(fā)射的“隼鳥”號也使用了這種引擎。“隼鳥”號是一艘命運多舛的小行星探測器，它的離子引擎在關(guān)鍵時候發(fā)生了故障，導(dǎo)致暫時失聯(lián)和著陸困難，不過科學(xué)家們最終還是挽救了這艘探測器?！蚌励B”號于2005年著陸到了一顆名為“絲川”的小行星上。

“隼鳥”號在宇宙中旅行了7年，穿越了約60億千米的路程，第一次把小行星物質(zhì)帶回了地球?？茖W(xué)家們研究了“隼鳥”號帶回的小行星樣本，在其中發(fā)現(xiàn)了“隕石鐵”，這是一種礦物，在地球上很稀有，但在小行星中卻很常見。

在完成任務(wù)的過程中，“隼鳥” 號歷經(jīng)磨難，最終化險為夷，并為它的后繼機——“隼鳥”2號總結(jié)了經(jīng)驗和教訓(xùn)?！蚌励B”2號小行星探測器于2014年12月3日發(fā)射，將對小行星進行第二次采樣并運回地球。

“尼爾·蘇梅克”號

小行星探測器“尼爾·蘇梅克”號訪問的是433號小行星，這顆小行星更為人所知的名字是“愛神”。“愛神”是人類發(fā)現(xiàn)的第一顆近地小行星，它原是火星和木星之間的小行星帶成員，后來在木星和其他行星引力的擾動下，才進入了現(xiàn)在這個較靠近地球的軌道，成了一顆近地小行星?，F(xiàn)在，人們已發(fā)現(xiàn)了越來越多的這種近地小行星，其中大約有1500顆被認為是對地球有潛在威脅的小行星，它們都有可能撞上地球，因此受到科學(xué)家們的嚴密監(jiān)視。

“尼爾·蘇梅克”號的目的是近距離靠近一顆近地小行星，對這種小行星的形狀、重力、質(zhì)量、密度、磁場強度和化學(xué)組成進行全面的研究，從而豐富人們對小行星的認識，并回答有關(guān)地球和太陽系起源的一些問題。2000年，“尼爾·蘇梅克”號與“愛神”的“約會”終于成功了，它被“愛神”所俘獲，成了一個環(huán)繞“愛神”運行的人造天體，那一天恰恰是西方的情人節(jié)。

“尼爾·蘇梅克”號圍繞“愛神”飛行了1年時間，從不同的高度、角度為“愛神”拍攝了16萬張照片。在燃料即將告罄的時候，科學(xué)家們將沒有著陸裝置的“尼爾·蘇梅克”號降落到“愛神”上，使其成為不僅是人類第一顆圍繞小行星旋轉(zhuǎn)的探測器，也是第一顆降落在一顆小行星上的探測器。

小行星的真面目

小行星探測器使人類對小行星有了前所未有的了解。現(xiàn)在人們知道，有些小行星是金屬的，它們來自古老行星的核。當這些行星被撞碎后，內(nèi)部熔化了的金屬核便四散著噴射開來，然后凝結(jié)成了金屬小行星;更多的小行星則是石頭的，它們的組成是硅酸鹽，類同于我們地球上的巖石;還有一些更普通更原始的小行星則富含碳和復(fù)雜的有機化合物，它們也許只是一些松散的碎塊，可能被不斷地撞碎過，然后又重新聚在了一起。

人們發(fā)現(xiàn)，灶神星和谷神星代表了兩種完全不同的特質(zhì)，前者是一個干燥的星體，后者則被懷疑擁有一個含水層，它們仿佛來自完全不同的世界?？茖W(xué)家們相信，探索灶神星和谷神星為何如此不同的原因有利于了解早期太陽系行星的形成過程。至于小行星“絲川”，它看上去完全是一塊“亂石堆”?！敖z川”的表面沒有隕石坑，這可能與它松散的結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于結(jié)構(gòu)松散，即使隕石砸在了“絲川”上，它的表面也難以形成長久的隕石坑，它們很容易被其他石塊所填平。

與“絲川”相比，“愛神”的密度要高得多，它是一塊大石頭，長約32千米，形狀像長形的馬鈴薯，又像一粒未去殼的花生，人們還稱它為“胖香蕉”。由于這樣的外形，當初“愛神”在接近地球時，便引起了很多的猜測。人們發(fā)現(xiàn)，這顆星的亮度隨時在改變，細心觀察還可測出這種變化的周期是5個多小時。于是人們認為，“愛神”實際上是兩顆相互繞著對方旋轉(zhuǎn)的小天體，后來又猜它的上面有明暗兩個區(qū)域。直到“尼爾·蘇梅克”號接近了“愛神”，人們才明白這種奇怪的變光現(xiàn)象是其古怪的形狀造成的。由于它是一個表面起伏不平的柱體，自轉(zhuǎn)的時候就會顯示不同的光度變化，每當它自轉(zhuǎn)一周，它的光度變化就會重復(fù)一次。

“尼爾·蘇梅克”號證實“愛神”的表面主要成分為硅酸鹽和金屬鐵，它的上面也有許多碎石，這表明愛神星與其他天體發(fā)生過多次碰撞，但“愛神”不是“絲川”那樣的“亂石堆”，它的表面布滿了隕石坑、石塊，還有山脊和凹槽?？茖W(xué)家們對許多地方都進行了命名，例如一個5.5千米寬的隕石坑被命名為“普賽克”，在希臘神話中，普賽克是伊洛斯至死不渝的戀人。另一個鞍形凹地被命名為“希馬洛斯”，這也與愛情有關(guān)。當然，科學(xué)家們也沒有忘記中國愛情故事中的男女主角，他們將“愛神”上的兩個隕石坑分別命名為“林黛玉”和“賈寶玉”。

“奧西里斯-雷克斯”的使命

“愛神”的重量高達7萬億噸，假若砸中了地球?qū)⑹欠浅？膳碌?。不幸的是，“愛神”?jīng)?？拷厍颉?901年，“愛神”從離地球4800萬千米的地方經(jīng)過。1931年更近，為2600萬千米?！皭凵瘛弊罱咏厍虻臅r候是1975年1月23日，大約2200萬千米。2012年，“愛神”又一次回來了，當年1月31日是它本次回歸距地球最近的時候，不到2700萬千米。“愛神”在2014年6月也回歸了一次，不過離地球比較遠了。它的下兩次回歸將發(fā)生在2016年8月和2018年12月。

我們知道，近地小行星是太陽系中的“不守紀律者”。由于軌道的奇異特性，它們的軌道與地球軌道相交，常常竄到地球附近，令天文學(xué)家們大感緊張。事實證明，這種擔心絕不是“杞人憂天”，因為恐龍很有可能就是被這種天體滅絕的。天文學(xué)家們認為，仔細地研究“愛神”是我們認識近地小行星的一個重要途徑，也正是出于這種想法，人們才發(fā)射了“尼爾·蘇梅克”號小行星探測器。

和“愛神”相比，“貝努”接近地球的周期要長一些，為每6年接近地球一次，不過它更加讓人提心吊膽。通常情況下，當一顆小行星靠近地球不足750萬千米時，它就被認為是離地球太近了，但“貝努”將大大突破這個距離，到2135年，它與地球的距離最近時將不足30萬千米。

研究“貝努”將進一步拓展人們對小行星的認識，而提取“貝努”上的表面物質(zhì)則是小行星探測器最可以勝任的太空任務(wù)，這也正是人們發(fā)射小行星探測器“奧西里斯-雷克斯”的目的。預(yù)計2019年，“奧西里斯-雷克斯”便靠近“貝努”了，這時，它要進入到一個距“貝努”不足5000米的軌道，并為這顆小行星成像。接下來，根據(jù)了解到的地表情況，它要盡可能地接近地面，然后伸出它的機械臂在小行星上抓取一塊表面土壤。大約在2023年，它將把這塊土壤帶回地球。

不論是探索太陽系起源之謎，還是解除小型天體撞擊地球的威脅，小行星探測器都在發(fā)揮著和彗星探測器同樣重要的作用，尤其在解除小行星撞擊地球的威脅方面，由于小行星撞擊地球的事件在地球的歷史上曾經(jīng)存在，未來同樣的事情也肯定會發(fā)生。人們必須盡可能趕在這種事發(fā)生以前找到應(yīng)對的方法。發(fā)射小行星探測器研究小行星，甚至對小行星采取相應(yīng)措施將其推離危險軌道，這必將成為人類未來的重要工作。

這是一場和時間進行的比賽，也許人類還有充足的時間，也許時間已經(jīng)不多了。

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