近地天體奧秘，我們為什麼要研究近地天體？

奧西里斯雷克斯是美國宇航局小行星探測計劃的其中一個任務。其目標是對近地小行星本努進行深入調查，奧西里斯雷克斯小行星探測器會在2018年10月到達本努軌道。經過幾個月的接近操作以後，奧西里斯會飛到小行星表面收集至少60克的原始塵埃樣品，之後返回地球。

本努是近地天體，平均直徑為492米，它每436.604天（地球1.2年）完成一次太陽的軌道，小行星的軌道不好掌握，但是天體學家確定本努軌道每六年接近地球一次。科學家為什麼要探索小行星本努呢？

奧西里斯雷克斯小行星探測器與本努表層渲染圖

本努是45億年前的太陽系化石，這是一種原始的碳質小行星，它含有來自太陽星雲的原始物質，我們的太陽系就是由此類物質形成的，包括所有的天體。這是美國宇航局第一次進行小行星探測器任務，本次任務不僅要了解太陽系的起源，還要了解地球上水和有機物質的來源。

其實奧西里斯任務可以告訴我們很多至關重要問題的答案，比如我們從哪裡來？地球未來的命運是什麼？本努一類的碳小行星極有可能可能含有地球海洋的分子，也就是說35億年前，地球上的生命可能是本努這樣的小行星或者彗星帶來的。

奧西里斯在軌運行渲染圖

按照計劃，該航天器會在2018年到達本努小行星，並於2023年將樣品送回地球。NASA/GSFC哥達德空間飛行中心將為奧西里斯提供全面的任務管理、系統工程和任務保證，洛克希德·馬丁公司和美國宇航局將聯合建造這艘奧西里斯雷克斯探測器。

其實小行星就好像一個大號的，含有一點點水分子的碳結構，這上面有很多太陽系的原始物質，這些物質數十億年始終如一，可以說是太陽系的化石。科學家推測早期太陽系有很多這樣的物質，組成了太陽系的原始星盤，太陽系現在所有的天體都在這裡誕生。奧西里斯由五種科學載荷，無線電通信系統以及TAGSAM 觸控採樣採集系統組成 。而它們，正是探測小行星的關鍵：

創造與創新，奧西里斯雷克斯小行星探測器的科學載荷

OCAMS，奧西里斯相機科學系統

OCAMS系統由三臺攝像機組成，PolyCAM提供本努遠距離高分辨率的表面成像。MapCAM支持光學導航，也就是說Map需要在接近本努的時候發揮作用，Map還需要對本努測繪的樣品區域進行選擇性觀察。SamCAM會輔助Map進行現場特徵和樣本的選擇性觀察。

當飛船第一次接近時，這些攝像機會看到小行星本努。然後，OCAMS將對本努進行圖像映射和樣本站點成像特徵化。最後，OCAMS將記錄本努的每一個角落，並且告訴地球上的任務團隊成員，是否要在這裡採樣本。

PolyCam相機（中），MapCam相機（左）和SamCam（右），它們負責奧西里斯的大部分可見光圖像

OLA，奧西里斯激光高度計

OLA是奧西里斯的光探測和測距儀器，它可以提供高分辨率的地形信息。OLA的高能激光發射機可以支持1-7.5公里的無線電科學探測範圍，併為圖像和光譜斑點提供縮放信息。OLA的低能發射機用於500米至1公里的快速測距和成像。

OLA將提供高密度的3D點雲數據，這個數據能夠重建小行星形狀模型，並提供本努的坡度信息，這些數據可以幫助奧西里斯降低在取樣時遇到的風險。此外，為了支持無線電科學，OLA可以確定本努的重力場，這非常重要，因為這是精確測量航天器與小行星之間距離的最主要方式。

本努的這張三維照片是由奧西里斯激光高度計OLA提供的，OLA首先會向Bennu發射激光脈衝，並且測量光從小行星表面返回儀器所需的時間，這樣就可以獲得這些測量結果了。然後將時間測量轉化為高度數據，利用這些數據，OLA團隊創建了本努的三維模型

OVIRS，奧西里斯可見和紅外光譜儀

OVIRS是一種線性可變點光譜儀，光譜範圍為0.4~4.3m，OVIRS負責提供本努的光譜數據，數據主要有20m分辨率全球光譜圖和0.08-2m分辨率樣品點局部光譜信息兩種。

本努的反照率為3%，如果我們直接看的話黑乎乎一片，為了使OVIRS在非常暗的小行星進行所需的高信噪比觀測，每個波長柱將至少有平均30個像素。這個數字可以用於靈敏度建模，是基於光譜和散射段邊界的最低情況估計。同時，為了防止宇宙射線事件在減少數據量的同時汙染光譜，在傳輸到地面之前，像素在子集中被平均化。

奧西里斯可見和紅外光譜儀OVIRS將測量來自小行星本努的可見光和近紅外光，該儀器的觀測結果還可用於識別水和有機材料

OTES，奧西里斯傅里葉變換點譜儀

OTES可以收集光譜範圍為4-50m的高光譜熱紅外數據，光譜分辨率為10釐米。OTES可以測量本努的能量，波長約為5-50m。在這些波長上，幾乎所有的礦物都有獨特的光譜特徵，就像我們的指紋一樣， 這將有助於科學小組瞭解本努表面存在的礦物，尋找特別感興趣的礦物，比如那些含有水的礦物。此外，這些波長髮射的熱能可以告訴任務團隊本努表面的物理特性，比如平均粒子尺寸等。

奧西里斯OTES儀器，本努小行星的“指紋收集”科學載荷

REXIS，X射線成像光譜儀

REXIS由兩個組件組成，分別是光譜儀和SXM太陽X射線監測器。光譜儀觀察小行星而SXM觀測太陽 ，為什麼要同時觀測太陽呢？是因為太陽的X射線會影響到本努本體的X射線輸出，所以奧西里斯需要跟蹤太陽正在做什麼，包括太陽耀斑，以便正確校準本努的數據。

光譜儀使用四種CCD電荷耦合器件從本努收集X射線，但在CCD探測到光子之前，它們通過一個編碼的光圈掩膜開孔圖案來確定數據。通過分析掩膜模式的陰影如何在CCD上移動，任務團隊就可以確定小行星上具有高X射線活動的區域。

奧西里斯REXIS將測定小行星本努表面的元素丰度，補充航天器上其他兩種儀器提供的礦物和化學測繪的能力

TAGSAM，接觸式樣品採集系統

TAGSAM是本努一個關鍵的組件，它的任務是接觸本努的表面，然後獲取樣品。TAGSAM的設計允許收集樣本的數量超過150克，TAGSAM可以利用高壓氣體氮氣流將其流化，然後將其輸送到一個NSRC樣品容器中。

TAGSAM由一個平面的鉸接臂組成，有很多電機繞組，扭矩和對準裕度數據都經過多次測試，就是為了確保TAGSAM頭部成功地採集樣品並將其存放到NSRC內部。

奧西里斯採樣渲染圖

洛克希德馬丁公司設計並開發了TAGSAM，它將收集60克至150克原始小行星的樣本以返回地球。取樣是通過將加壓的氮氣釋放到小行星表面並收集活躍物質來實現的。

全方位多角度深層次探索，近地天體不再是秘密

這張圖片為我們展示的是小行星本努表面一個被稱為Sandpiper的潛在樣本地點，這裡還被上面說到的OLA激光系統測量過。OLA的高能激光發射器從5公里外（右上角）捕捉到它的測量數據。OLA的低能激光發射器（右下角）在700米遠的地方捕捉到了這一區域的隕石坑細節，二者結合再加上可見光觀測才是本努這一區域的最終樣貌。

圖片是美國宇航局的奧西里斯任務在小行星本努上選擇的四個候選樣本採集點。南丁格爾（左上角）位於本努的北半球。翠鳥（右上角）和魚鷹（左下）位於本努的赤道地區。沙鷸（右下）位於本努的南半球。

奧西里斯拍攝到了本努表面噴射粒子的照片，這張照片是奧西里斯上拍攝的兩張照片合成的。還應用了其他圖像處理技術，如裁剪和調整圖像的亮度和對比度。本努在陽光下自轉時不均勻的加熱和冷卻正導致自身的自轉速度增加。因此，本努的太陽軌道週期每100年減少約1秒。另外，太空船的兩個儀器，mapcam彩色成像儀和奧西里斯熱發射光譜儀OTES已經在本努表面探測到了磁鐵礦，這支持了先前的發現，即本努上的岩石和液態水在以前曾經相互作用。

從奧西里斯的兩個光譜儀（OVIRS和OTES）獲得的數據為我們展示了不一樣的本努，含有氧和氫原子結合在一起的分子被稱為“羥基”。研究小組分析數據後發現這些羥基存在於含水粘土礦物中的小行星上，這意味著在某一時刻，本努的岩石物質與水有相互作用。雖然本努本身太小，不可能承載液態水，但這一發現確實表明，在本努的母天體，一顆更大的小行星上，有一段時間存在著液態水。

追根溯源，這是為了人類自己

相較於鐵元素小行星，也許碳類小行星沒有那麼多的經濟效益，但是碳類小行星有很高的研究價值，通過研究碳類小行星，科學家和研究人員可以知道太陽系早期的情況和地球生命的由來。

小行星本努多角度GIF圖

換句話說，含碳類小行星是“生命的使者”，它們撞擊地球帶來了原始海洋和生命，生命的不斷髮展才有了現在高度複雜的機體和動物。雖然有時小行星是“生命的使者”，但是有時它也是生命的毀滅者，恐龍滅絕就是因為6500萬年前的一顆小行星撞擊了地球。

所以研究小行星及其軌道，還有表面光照度等等可以讓科學家們更瞭解小行星的軌道機制，讓人類不要重蹈覆轍，這關乎著我們未來的命運。500米直徑的小行星撞擊地球會有很大的影響了，不過本努不會對地球產生威脅，但是這就是類比觀測，我們需要防患於未然。

未來我們對小行星的探測也許不僅停留在發現和研究，而是利用小行星上面的資源，把小行星的資源帶回來，但是千里之行，始於足下，我們需要先了解小行星。