日本飛船安全著陸並離開小行星表面,努力收集樣本

2月22日,上午6時33分。日本的“隼鳥2號”宇宙飛船於今天早上7點30分左右成功著陸小行星“龍骨”。日本的時間。日本航空航天局(Japan Aerospace Exploration Agency)的官員證實,在一次自主行動中,“隼鳥2號”曾短暫降落在一個僅6米寬的目標地點,並向小行星表面發射了一顆鋼球,希望將碎片散落到一個收集喇叭中。任務計劃人員希望收集10克的材料,但具體數量要到2020年樣品容器返回地球時才能確定。Hayabusa2可以再著陸兩次,以收集更多的樣本。

日本飛船安全著陸並離開小行星表面,努力收集樣本

Hayabusa2在一次降落彩排中拍攝到了它的影子。


但是,目標小行星“龍骨”即將迎來新的驚喜。“通過研究每一顆被研究過的小行星的細節,我們希望至少能找到一些適合著陸的平坦區域,”Hayabusa2項目經理Yuichi Tsuda說。Yuichi Tsuda是日本航空航天局太空與航天科學研究所(ISAS)的項目經理,該研究所總部位於相原市。然而,當飛船於2012年6月抵達距地球2.9億公里的日喀則時,它發現了一個坑坑窪窪、佈滿卵石的表面,這使得著陸成為一項艱鉅的挑戰。原定於10月進行的第一次取樣著陸被推遲到至少本月底。在12月21日和22日舉行的一次研討會上,ISAS的工程師提出了一項大膽的新計劃,要在間隔很近的巨石之間精確著陸。加州大學聖克魯茲分校的生命起源研究員布魯斯·達默爾說:“這真是驚人。”

然而,自2014年12月“隼鳥二號”(Hayabusa2)發射以來,其他大多數事情都在按計劃進行。它的照相機和探測器已經為這顆小行星的質量、密度、礦物和元素組成提供了線索,三架降落在這顆小行星上的漫遊者已經檢查了它的表面。在研討會上,ISAS的研究人員展示了早期結果,包括大量有機物質的證據,以及小行星的母體曾經存在水的暗示。日本名古屋大學的項目科學家渡邊清一郎說,這些發現“進一步證明是小行星而不是彗星把水和有機物質帶到地球的”。

琉球直徑1公里,從上到下長900米,赤道附近明顯隆起,像一顆鑽石。可見光觀測和計算機模擬表明,這是一堆多孔的碎石,可能是太陽系早期另一顆小行星或小行星撞擊其母天體後形成的塵埃、岩石和巨石。Ryugu每7.6小時繞自己的軸自轉一次,但模擬顯示,在它形成的早期,它的自轉週期只有3.5小時。渡邊說,這可能是由於地表塌方或將物質從地核向外推造成的。他補充說,在地球實驗室分析赤道表面的物質可以為其中一種情況提供支持。如果樣本長期暴露在太空風化環境中,很可能是由於山體滑坡;如果它是相對新鮮的,它可能是從小行星內部遷移過來的。

日本飛船安全著陸並離開小行星表面,努力收集樣本


到目前為止,Hayabusa2還沒有在琉球表面或附近發現水。但是它的紅外光譜儀已經發現了含有羥基的礦物的跡象,這表明水曾經存在於母體或小行星上,日本葉山高級研究研究生大學的行星材料科學家小松木津說。渡邊說,這顆小行星的高孔隙度還表明,它曾經含有大量的水或冰以及其他揮發性化合物,後來這些物質逃逸出來。像Ryugu這樣的小行星也含有豐富的碳元素,它們可能在早期的歷史中為岩石地球帶來了水和碳,而碳是生命的關鍵組成部分。(相比之下,彗星只有3%到5%的碳。)

對這一理論的支持,被稱為“晚期重轟炸”,來自另一個正在進行中的小行星樣本回收任務。上個月初,美國國家航空航天局(NASA)的“奧西里斯霸王龍”(OSIRISREx)抵達了小行星本努(Bennu)。據美國航天局(U.S. space agency)報道,本努的形狀也像一個旋轉的陀螺,土壤中含有水分。渡邊說:“我們很幸運能夠對這兩顆小行星兄弟進行比較研究。”

科羅拉多大學博爾德分校的地質學家斯蒂芬·莫希斯不相信這些小行星會成為地球水源;他說,還有其他的理論,包括一顆巨大的類似木星的氣態行星從太陽系外部遷移到太陽系內部的可能性,它在地球形成前後攜帶著水和其他分子。不過,他說,“從科學的角度來看”,關於琉球形狀和成分的發現“可能非常重要”。

一些新的細節來自近距離觀察這顆小行星的表面。9月21日,Hayabusa2在Ryugu的北半球扔下了一對生日蛋糕大小的探測器Minerva-II1A和-II1B。Tsuda說,利用它的低重力自主跳躍,他們拍攝的照片揭示了“表面的微觀特徵”。10月5日,Hayabusa2釋放了一輛由德國和法國航天機構研發的漫遊者,該漫遊者分析了現場的土壤樣本併發回了更多的圖片。

最終目標是將小行星樣本帶回地球,這將使實驗室研究能夠更多地揭示小行星的年齡和內容。ISAS的工程師為這艘飛船編寫了自動著陸程序,預計它將在直徑至少100米的安全著陸區著陸。然而,第一個著陸區內最大的安全區原來只有12米寬。

這將使原本緊張的行動變得更加複雜。在每次著陸之前,“隼鳥2號”計劃投下一個包裹著高度反光材料的小球體作為目標,以確保飛船與小行星的旋轉同步。重力將飛船輕輕向下拉,直到從飛船底部伸出的收集角與小行星接觸;在像子彈一樣的彈丸射向地面後,土壤和岩石碎片有希望彈回到喇叭內的一個接球器中。為了安全,飛船必須避開大於70釐米的岩石。

在10月底的一次演練中,Hayabusa2在12米安全圈上方釋放了一個目標標記;不幸的是,它停在了10多米以外的區域。但是它距離第二個可能的著陸點的邊緣只有2.9米直徑為6米。工程師們現在計劃讓飛行器首先懸浮在目標標記上方,然後橫向移動到兩個地點之一的中心上方。因為導航攝像機直接指向下方,所以當Hayabusa2下降時,目標標記將在攝像機的視野之外,讓飛船自行導航。

“我們正在選擇著陸地點”,負責任務引導、導航和控制的Terui Fuyuto說。瞄準較小的區域意味著Hayabusa2可以保持目標標記在視線內,直到飛行器接近水面;更大的區域為誤差提供了更多的餘地,但飛船在下降過程中會失去對標記的視線。

假設飛船在第一次著陸中倖存下來,幾個月後,Hayabusa2計劃用一枚2公斤重的銅彈擊中另一個地點,將一個2米深的彈坑炸向Ryugu的表面。預計這將暴露地下物質,供飛船的照相機和傳感器進行觀測;宇宙飛船也可以用同樣的喇叭裝置從火山口收集一些物質。可能會有第三次著陸,在小行星的其他地方。如果一切順利,“隼鳥二號”將於2020年攜其珍寶返回地球。


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