NASA 的小行星采样任务将于九月发射

请准备好迎接 OSIRIS-REx

NASA 的 OSIRIS-REx 任务将访问一颗小行星并带回纪念品。这艘宇宙飞船将行程 12 亿英里,前往小行星 101955 Bennu,在那里它将收集小行星表面的岩石和卵石,并将它们全部带回地球。该任务定于 9 月 8 日发射,并于 2023 年携带其特别的货物返回。

美国首次采样小行星的任务比日本的隼鸟号任务晚了许多,隼鸟号任务于 2010 年带回了小行星 25143 Itokawa 的样本。但 Bennu 与众不同。它由碳质岩石构成,其中蕴含着有关我们太阳系生命起源的重要线索。

“我们认为这类天体至少为地球提供了生命的原始物质,如果不是生命本身的话,”OSIRIS-REx 团队的高级研究科学家 Bashar Rizk 说。(该任务的名称代表“起源、光谱、解释、资源、识别、安全——表土探测器”。)

分析 Bennu 的成分可能揭示氨基酸或其他有机分子的存在,这些分子可以告诉我们更多关于地球生命起源的信息。

严格来说,OSIRIS-REx 将不是第一个从碳质小行星采样返回的任务。日本也会在此之前完成,其隼鸟二号任务将于 2019 年发射,并于 2020 年返回样本。即便如此,碳质小行星样本总是多多益善,而 OSIRIS-REx 还有一个次要任务,其重要性可能与主任务相当。

杀手小行星

小行星可能将生命的成分带到了地球,但它们也可能带来死亡和毁灭。

101955 Bennu 被认为是太阳系中最危险的小行星之一。它的大小并不算很大——直径约 1600 英尺——但在 2135 年,它将近距离掠过地球,距离只有 186,000 英里。这个距离比月球到地球的距离还要近。模型估计它有大约 1/2700 的几率撞击地球。

Rizk 使用一个 在线计算工具,为《大众科学》杂志估计了这样一颗小行星撞击地球的后果。小行星可能在距离地球约 50 英里的高空解体,释放出约 27.5 亿吨 TNT 的能量。如果你站在里兹克居住的图森市(Tucson)以南约 5 英里的地方,其影响将是毁灭性的。他在一封电子邮件中写道:

不过,先别惊慌。科学家们尚不确定 Bennu 是否真的会与地球相撞,或者如果相撞,会撞在哪里。幸运的是,OSIRIS-REx 将会消除部分不确定性。

太空岩石的轨迹不仅取决于引力,还取决于其他因素。其中一个因素被称为太阳辐射压力。就像风一样,太阳发出的光子携带动量,当它们撞击物体时,可以对物体施加微小的推力。

另一个因素与热量有关。太阳会不均匀地加热小行星,使其一面炽热,另一面极冷。就像火箭尾部的火焰一样,炽热的一面可以将小行星推向相反的方向。这被称为雅科夫斯基效应。尽管这种效应微乎其微,但随着时间的推移,它可能导致小行星轨道发生显著变化。

osiris rex spacecraft
OSIRIS-REx 的大小与一辆小型汽车相当。洛克希德·马丁公司

雅科夫斯基效应因小行星的大小和形状而异。“要知道特定天体的雅科夫斯基效应,你就必须去观察,”Rizk 说。“这以前从未做过。”但这正是 OSIRIS-REx 将要做的事情。

通过测量小行星的热辐射和无线电辐射,OSIRIS-REx 将估算太阳热量如何影响 Bennu 的轨迹。这将使科学家们更好地了解 Bennu 是否会撞击地球。如果 Bennu 确实处于碰撞轨道上,它也可能提供一种偏转该小行星的方法。

许多小行星偏转技术都提议使用热量——例如在小行星前方引爆炸弹——来将其推离轨道。了解 Bennu 的雅科夫斯基效应将有助于科学家们确定需要多少热量才能将该小行星推向更安全的路径。

小行星采矿

OSIRIS-REx 将绘制 Bennu 的成分和结构图,这可能为未来几十年希望开采小行星的公司提供信息。

全副武装(但实际上不危险)

这艘宇宙飞船不会登陆 Bennu 来收集所有这些信息。相反,它会近距离飞行,当需要收集表土样本时,它会伸出其 10 英尺长的机械臂,然后轻轻地碰触小行星。机械臂末端的一个杯子会吸取样本(“这几乎就像一个反向吸尘器,”Rizk 说),并将其存储在一个看起来像一个一米宽的松饼的样本返回舱中。

OSIRIS-REx spacecraft at bennu
2020 年,OSIRIS-REx 航天器将伸出其机械臂,吸取小行星 10955 Bennu 的样本。(插画)NASA
Osiris rex sample collection
OSIRIS-REx 采样工作示意图 Pete Sucheski

这艘宇宙飞船携带了三个瓶子,这意味着它将有三次机会获得良好的样本。

OSIRIS-REx 将于 2021 年离开该小行星,携带高达 60 克(约合 2 盎司)的小行星尘埃。

这艘宇宙飞船需要两年时间才能返回地球。一旦返回,它将弹出松饼状的样本返回舱,该返回舱将通过降落伞下降到地球,并降落在犹他州。

任务完成后,OSIRIS-REx 本身将继续飞行,直到它在绕太阳的轨道上退役。

 

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