
中國早已建成一個 太空站 ,並在短短几年內將機器人送上了 月球 和 火星 。本週,中國航天將目光投向了更遙遠的新目標——發射探測器前往一顆可能 有助於揭開地球與月球形成之謎的小行星。
據 官方媒體 報導,天問二號探測器 已於當地時間週四(紐約時間的 週三)凌晨1時31分左右,由長征三號乙運載火箭從位於中國西南部的西昌衛星發射中心 發射升空 。
約一年後 ,這個無人探測器將抵達近地小行星469219(又叫震盪天星)。在那裡,它將冒險嘗試採集岩石物質,隨後折返地球。一個 裝有 地質樣本的返回艙將沖向地球,預計科學家將在 2027年底 將其回收。
若天問二號成功完成任務,中國將成為繼日本和美國之後,第三個從小行星獲取原始物質的國家。
「中國所有的行星科學家都在忐忑地期待這次歷史性任務的成功 ,」香港大學月球地質學家 錢煜奇 表示。
探測器還有一個次要目標——一顆不尋常的彗星,作為擴展任務的一部分,它將對其展開研究。
造訪這些天體將有助於揭示更多關於太陽系內行星形成的奧秘。鑒於 小行星存在撞擊地球的風險 ,研究其結構與礦物組成有助於制定 偏轉 或 摧毀 它們的計劃。
倫敦自然史博物館的行星科學家 薩拉·拉塞爾 說:「樣本返回任務如同一個不斷帶來新收穫的禮物。」
儘管小行星碎片會偶爾墜落到地球表面,但它們在穿過大氣層時會遭到污染和改變。科學家更傾向於從源頭獲取未受干擾的物質,帶回超凈實驗室進行研究。
「樣本返回任務能讓我們以前所未有的精度解析天體的物理化學特性,這是望遠鏡或航天器遠程觀測無法實現的,」倫敦自然史博物館隕石學家 阿什利·金 解釋道。
日本已兩次完成此類任務,它的 隼鳥號探測器 分別於2005年和2019年從小行星絲川和小行星「龍宮」採集樣本。美國國家航空航天局的奧西裡斯-Rex探測器也於2020年 完成了對小行星貝努的樣本採集 。
中國的航天機構雖已在2020年和2024年兩次成功 從月球採樣返回 ,但 天問 二號將是中國首次嘗試小行星採樣返回。
天問二號即將造訪的這顆小行星頗為特殊。這顆曾編號2016HO3的 准衛星 雖繞地運行,但並非真正的地球衛星,因為它受太陽引力主導。它由與月球相同的火山物質構成,這意味著它可能是被隕石撞擊 後 從月球表面剝離的一塊碎片 。
「因此,震盪天星可能掌握著地月系形成和演化的關鍵信息。」阿什利·金說。
「然而它的起源仍然是一個未解之謎,」馬里蘭大學的行星天文學家本傑明·沙基說。他表示很期待天問二號能把這顆小行星的樣本帶回地球進行研究,這應該能解開震盪天星的起源之謎。
中國對天問二號如何運轉的具體細節 披露有限,不過去年發表的一篇學術 論文 透露了若干關鍵信息:多光譜相機與紅外成像儀將測定震盪天星的形態、尺寸、自轉參數及礦物組成,同時搭載的雷達系統將對其內部結構進行測繪。
通過觀察震盪天星的熱特性,天問二號還將幫助研究 雅可夫斯基效應 。當陽光照射到一顆旋轉的小行星時,它向陽的一面會升溫。當小行星繼續旋轉時,它就會冷卻下來,從而推動小行星,就像一個小型推進器。隨著時間的推移,逸散的熱量會將一顆無害的小行星推向撞擊地球的軌道。
儘管震盪天星距離地球最近可達1448萬公里,是一個容易抵達的目標,但靠近表面採集樣本仍有風險。「樣本採集和返回是最困難的環節,」拉塞爾說,「因為人類在這兩方面的經驗非常有限。」
這是顆直徑僅40米左右的小行星,目標很小,加上約28分鐘一圈的高速自轉特性,更是增加了採樣難度。「必須研發非接觸式採樣技術,或實現與其自轉同步的錨定系統,」阿什利·金解釋道。
中國的探測器可能會同時嘗試這兩種方法。「天問二號將使用兩種方法從震盪天星採集樣本,」錢煜奇說。
第一種是「觸地即走」,這是美國和日本小行星任務即採用該方法:探測器短暫接觸天體表面,通過壓縮氣體或發射彈丸揚起表面物質,捕獲飛濺的石塊,然後撤離。
第二種方法,即「錨定附著」,這種方法從未進行過實地測試。天問二號將使用一系列鑽頭固定在小行星上,然後採集淺層和深層樣本。
若天問二號成功克服這些風險,最終將震盪天星樣本投放回地球,隨後將飛往 311P/PanSTARRS彗星 ,預計2030年代初抵達並開展遠程研究。
與大多數需要繞太陽 長途跋涉 的彗星不同,311P屬於 主帶彗星 —— 這些罕有的冰封天體會停留在火星與木星之間的小行星帶。
「這類天體仍然非常神秘,」沙基說,尤其是因為在靠近太陽溫暖光芒的地方,冰質岩石本不應存在。但它們可能有助於解釋地球是如何成為一顆擁有浩瀚海洋的行星的。
天問二號不僅僅是一項科學探索 。它也是中國雄心勃勃的 天問三號任務 的技術墊腳石。後者將於2028年發射,目標是從火星採集岩石樣本並送回地球。美國為實現相同目標的類似計劃正面臨 重大困難 。
然而,這場火星競賽不應掩蓋中國首次獲取小行星樣本的里程碑意義。
「這非常令人興奮,」麻省理工學院行星科學家 理查德·賓澤爾 說,「但小行星探測自有其獨特挑戰。」