探索未知星空　耕耘無(wú)垠宇宙

2022年4月，“中國(guó)航天日”新聞發(fā)布會(huì)介紹了中國(guó)航天發(fā)展情況，國(guó)家已經(jīng)批復(fù)了行星探測(cè)工程，繼天問(wèn)一號(hào)首次火星探測(cè)任務(wù)圓滿完成后，行星探測(cè)工程下一步即將開(kāi)始小行星的探測(cè)，中國(guó)人探索宇宙的腳步將走得更遠(yuǎn)。我國(guó)目前已經(jīng)開(kāi)始著手小行星探測(cè)任務(wù)的實(shí)施，準(zhǔn)備在2025年前后實(shí)施近地小行星2016HO3取樣返回和小行星帶中的主帶彗星311P環(huán)繞探測(cè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)近地小行星的繞飛探測(cè)、附著和取樣返回，希望通過(guò)一次發(fā)射探測(cè)兩類(lèi)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)三種探測(cè)模式。

小行星（Asteroid或Minor planet）是太陽(yáng)系內(nèi)類(lèi)似行星環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，但體積和質(zhì)量比行星小得多的天體，包括主帶小行星、近地小行星、行星的特洛伊小天體、一部分海王星外天體以及一部分半人馬型小行星。

當(dāng)人們將目光聚焦在月球上是否存在水、火星是否適合人類(lèi)生存等前沿問(wèn)題時(shí)，小行星也應(yīng)該得到相應(yīng)的重視。

一方面，從安全考慮，小行星可能會(huì)帶來(lái)毀滅性的災(zāi)難。小行星的撞擊可能會(huì)帶來(lái)巨大災(zāi)難甚至誘發(fā)生物滅絕，小行星撞擊說(shuō)是最為流行的恐龍滅絕假說(shuō)。但是目前為止，我們對(duì)小行星還是知之甚少。

另一方面，從科學(xué)的角度出發(fā)，小行星或許可以幫助我們探索太陽(yáng)系形成的奧秘。由于小行星沒(méi)有大氣層，小行星上的隕石坑以及外來(lái)元素得以更好地保存，可以借此對(duì)太陽(yáng)系的演化進(jìn)行深入的研究。地球上水的來(lái)源或許也可以從小行星中找到答案，不少小行星的表面都有水存在的痕跡，或許水就是在幾十億年前由小行星或彗星帶來(lái)的。

為了對(duì)小行星的自轉(zhuǎn)參數(shù)、形狀、地質(zhì)形貌、表面組分、磁場(chǎng)環(huán)境等進(jìn)行全面的探測(cè)，探測(cè)任務(wù)配置的科學(xué)載荷有中視場(chǎng)彩色相機(jī)、多光譜相機(jī)、熱輻射光譜儀、可見(jiàn)紅外成像光譜儀、探測(cè)雷達(dá)、磁強(qiáng)計(jì)、帶電粒子與中性粒子分析儀、噴發(fā)物分析儀等。

小行星普遍形成于太陽(yáng)系早期，蘊(yùn)藏著太陽(yáng)系古老歷史的秘密，小行星探測(cè)對(duì)于揭示太陽(yáng)系誕生和演化之謎有著不可或缺的作用，正因?yàn)閷?duì)于小行星的研究如此重要，在我國(guó)制定小行星探測(cè)任務(wù)前，國(guó)際上小行星探測(cè)已有30多年歷程。

目前我們對(duì)小行星的了解大部分來(lái)自于隕石樣本，但很難確定隕石樣本來(lái)源于哪個(gè)小行星。隼鳥(niǎo)號(hào)是世界上首架從小行星上帶回物質(zhì)的探測(cè)器。2003年5月9日，JAXA成功發(fā)射隼鳥(niǎo)號(hào)探測(cè)器，計(jì)劃對(duì)小行星25143 Itokawa（糸川小行星）采集樣本并將采集到的樣本送回地球。

經(jīng)過(guò)兩年多的飛行，隼鳥(niǎo)號(hào)于2005年9月12日抵達(dá)距離糸川小行星20km的預(yù)定軌道。同年11月20日和26日，隼鳥(niǎo)號(hào)2次短時(shí)間著陸糸川小行星，并嘗試進(jìn)行采樣。雖然2次采樣均以失敗告終，但仍有部分土砂在著陸時(shí)飛濺入開(kāi)口的密封艙。隼鳥(niǎo)號(hào)從特定的小行星采集樣本，彌補(bǔ)了實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室分析之間的差距。

2007年4月25日，隼鳥(niǎo)號(hào)踏上返回地球的航程。2010年6月13日，隼鳥(niǎo)號(hào)重新進(jìn)入地球大氣層，返回艙成功降落在澳大利亞南部伍默拉附近的沙漠地帶，探測(cè)器主體則在大氣層中燃燒殆盡。

根據(jù)JAXA的說(shuō)明，在返回艙中發(fā)現(xiàn)了大約1500個(gè)來(lái)自糸川小行星的顆粒。2011年8月26日，Science 雜志發(fā)布了6篇文章介紹隼鳥(niǎo)號(hào)的科學(xué)成果。通過(guò)對(duì)采集的顆粒進(jìn)行分析，研究人員推測(cè)糸川小行星起源于一顆更大的行星，收集的顆粒已經(jīng)在小行星表面暴露了大約800萬(wàn)年。

在隼鳥(niǎo)號(hào)圓滿完成探測(cè)任務(wù)后，JAXA于2014年12月3日發(fā)射隼鳥(niǎo)2號(hào)探測(cè)器，計(jì)劃對(duì)小行星162173 Ryugu（龍宮小行星）采集樣本并將采集到的樣本送回地球，然后飛往小行星2001 CC21與小行星1998 KY26展開(kāi)下一階段探測(cè)。

在吸取了隼鳥(niǎo)號(hào)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，隼鳥(niǎo)2號(hào)的探測(cè)任務(wù)進(jìn)展比較順利。隼鳥(niǎo)2號(hào)分別進(jìn)行了兩次采樣。第一次采樣將一顆鉭質(zhì)子彈射向龍宮小行星表面，撞擊的小行星表層碎屑被收集進(jìn)入采樣桿頂部的樣本收集器。

由于小行星表面長(zhǎng)期受到空間風(fēng)化，為了確定小行星表面與深層物質(zhì)的差別，對(duì)小行星次表層進(jìn)行了第二次采樣。隼鳥(niǎo)2號(hào)向小行星表面投下一個(gè)載有9.5千克炸藥的撞擊器，被扔下的撞擊器在半空中引爆炸藥，將一個(gè)純銅質(zhì)薄板“炮彈”高速撞向小行星表面。巨大的撞擊在小行星表面留下了一個(gè)直徑超過(guò)10米、深約3米的人造撞擊坑。與此同時(shí)，為了不被誤傷，隼鳥(niǎo)2號(hào)留下一臺(tái)相機(jī)監(jiān)視爆炸、撞擊情況，本體躲避到小行星背后的安全地帶。塵埃落定后，隼鳥(niǎo)2號(hào)展開(kāi)了第二次采樣。

2020年12月6日，樣品返回艙成功在澳大利亞伍麥拉試驗(yàn)場(chǎng)降落，獲得總重5.4克的樣本。這是人類(lèi)首次在小行星上成功完成多次著陸采樣，也是首次采集到小行星次表層樣本。經(jīng)研究，龍宮小行星樣本含有水合物、多種有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)。

隼鳥(niǎo)2號(hào)還剩余約30千克推進(jìn)劑，并且各個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)良好，因此將繼續(xù)探索旅程，計(jì)劃在2026年飛越小行星2001 CC21，于2031年抵達(dá)下一個(gè)目標(biāo)小行星1998 KY26。

在遙感方面，隼鳥(niǎo)2號(hào)探測(cè)器本體攜帶了4臺(tái)科學(xué)載荷（不包括著陸器等包含的科學(xué)載荷），包括近紅外光譜儀（NIRS3）、熱紅外成像儀（TIR）、光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)（ONC）和激光高度計(jì)（LIDAR）。

除了隼鳥(niǎo)號(hào)以外，還有兩顆著名的小行星探測(cè)器，分別是黎明號(hào)和歐西里斯號(hào)。2007年9月27日，NASA成功發(fā)射黎明號(hào)探測(cè)器，目的是奔赴火星與木星之間的小行星帶，探測(cè)其中最大的兩顆原行星：小行星灶神星與矮行星谷神星。灶神星屬于巖狀天體，而谷神星則是典型的冰態(tài)天體。這兩顆天體都在太陽(yáng)系歷史的早期形成，由于木星的強(qiáng)大引力而演化遲緩，沒(méi)能成為行星。通過(guò)對(duì)這兩顆天體截然不同的演化路徑進(jìn)行對(duì)比研究，可以了解是什么因素控制了天體演化。這是人類(lèi)第一次環(huán)繞小行星帶的天體，也是第一次探訪矮行星。

經(jīng)過(guò)四年左右的飛行，黎明號(hào)進(jìn)入灶神星軌道，展開(kāi)對(duì)灶神星長(zhǎng)達(dá)14個(gè)月的繞飛觀測(cè)。經(jīng)過(guò)全角度多方位的觀測(cè)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)灶神星與大多數(shù)小行星不同，已經(jīng)形成了金屬的內(nèi)核、巖質(zhì)的幔層和殼層。數(shù)據(jù)顯示，灶神星也是地球上隕石的最大單一來(lái)源。

小行星1999 Bennu（貝努小行星）是有可能撞擊地球的小天體之一，被視為潛在威脅天體。了解貝努小行星的物理特性有助于未來(lái)開(kāi)展避免小行星撞擊任務(wù)。從小行星采集的樣本有望使科學(xué)家進(jìn)一步了解太陽(yáng)系的形成與演化，包括行星的形成與地球生命的起源。

剛剛過(guò)去的2022年4月24日是第七個(gè)中國(guó)航天日，也是我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”成功發(fā)射52周年紀(jì)念日。在這52年間，中國(guó)航天事業(yè)創(chuàng)造出一個(gè)又一個(gè)舉世矚目的中國(guó)奇跡。我們邁向太空的腳步也在不斷前行，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，中國(guó)的探測(cè)器也將在行星探測(cè)領(lǐng)域畫(huà)上濃墨重彩的一筆。