NASA从 Bennu 小行星检索到首批样本 | 流行科学

Dante Lauretta 没想到这颗小行星的表面会是他所说的“蓬松”。

当 NASA 的 OSIRIS-REx 航天器向 Bennu 小行星下降以采集其表面物质样本时，任务首席研究员 Lauretta 和他的团队知道这个过程将留下印记——既对行星科学，也对这颗充满巨石的岩石本身。这是该航天机构首次从小行星上检索样本的任务，选择了一个包含太阳系形成时留下的、未改变的物质的目标。

“我们原以为最多只会挖出一个 30 厘米深的小坑，”Lauretta 说，他同时也是亚利桑那大学月球与行星实验室的 Regents 教授。相反，他说，Bennu 表面的物质如此松散，“我们在表面炸出了一个 8 米宽的洞。”（那是一个超过 20 英尺宽的陨石坑。）

在详细研究了 2020 年 10 月的着陆后，行星科学家们认为 Bennu 表面的物质必须非常松散，就像一个灰尘团，Lauretta 说。相关细节在本周发表在《科学》和《科学进展》杂志上的两篇论文中有描述。

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这些信息将在明年变得非常重要，届时 OSIRIS-REx 将把 Bennu 的样本带回地球，供世界各地的科学家更近距离地研究。样本返回任务的目的是阐明我们太阳系角落的起源，甚至可能揭示导致地球生命进化的化学过程。这颗小行星的成分尤其独特，因为它从未经历过像火星等行星的岩石那样的性质改变过程。

“任何有价值的地质学家都会说，‘在你了解一块岩石的来源之前，你无法真正理解它。母岩在哪里？周围的环境是怎样的？’”Lauretta 解释说。“这正是 OSIRIS-REx 对我们的样本采集点所做的工作。”

这意味着要弄清楚 Bennu 的表面到底有多“蓬松”。任务团队通过两种不同的方法确定了 Bennu 表面物质（岩石轨道天体上称为“表岩屑”的层）的堆积密度。Lauretta 和他的合作者分析了航天器着陆前后采样点的图像，其结果在《科学》论文中有描述。与此同时，任务的表岩屑演化工作组首席研究员、西南研究所科学家Kevin Walsh 分析了小行星对汽车大小的航天器施加的力——换句话说，OSIRIS-REx 经历了多么软的着陆。这些结果在《科学进展》论文中有描述。

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他们两人分别发现，这次着陆异常柔软。Lauretta 说，虽然普通岩石的密度约为每立方米 3000 公斤，但 Bennu 表层物质的堆积密度约为每立方米 500 至 700 公斤。

科学家们考察的另一个指标是 Bennu 表岩屑的粘聚性——不同颗粒的粘合强度，就像面粉或可可粉的团块一样，Walsh 解释说。他的分析显示，“表面[物质]基本上没有粘合性。”

OSIRIS-REx spacecraft doing a sample probe over the surface of the Bennu asteroid — 这些图像是在 2020 年 4 月 OSIRIS-REx 在 Bennu 上空进行演习的 10 分钟内拍摄的。航天器的采样臂，称为“触摸与 go 采样采集机制”(TAGSAM)，在画面中央可见，而 Bennu 的采样点 Nightingale 相对干净、黑暗的区域在后来的图像中可见，位于顶部。为了便于参考，图像的方向为 Bennu 的西侧在上。NASA/Goddard/亚利桑那大学

当 OSIRIS-REx 着陆 Bennu 时，航天器执行了一个 NASA 新的机动：它用一个名为“触摸与 go 采样采集机制”(TAGSAM) 的机器人手臂短暂地触碰小行星，向表面物质喷射少量氮气将其搅动起来，然后将一些尘埃、颗粒和卵石吸入一个样本收集容器，以便带回地球。

“气体一释放，到处都是东西，”Walsh 说，他描述了观看着陆视频的情景。“就像一场飓风，”他回忆说，松散的颗粒和岩石碎片在 TAGSAM 臂周围翻滚。

着陆过程本身就充满挑战，因为表岩屑的密度不足以对登陆的航天器产生反作用力。“如果我们没有启动推进器后退，我认为我们会一直陷进去，消失得无影无踪，就像流沙一样，”Lauretta 说。

OSIRIS-REx 在 Bennu 的粘土中发现了水，因此 Lauretta 认为这颗小行星的巨石本身可能是多孔的，而不是固定在一起的。想象一下，就像海滩上干涸沙子堆成的一天大的滴水城堡。如果受到小的外力（人类的脚或风）的干扰，它很容易就会崩塌成一堆松散的沉积物。

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一旦样本在 2023 年 9 月返回地球，科学家们将有机会测试 Bennu 的表岩屑为何如此松散——以及更多。Lauretta 说，这些物质将经历“一整套测试”；它们将在四大洲的实验室进行研究，分析其矿物学和化学成分、确定小行星年龄的不同同位素，以及可能揭示地球如何变得宜居的有机分子和水等挥发物。也许像 Bennu 这样的近地小行星在地球发展的关键时刻为其带来了水。

来自 Bennu 的样本将不是第一个被如此详细研究的太空岩石。几十年来，从其他行星体脱落并飞向地球表面的陨石一直是科学审查的焦点。但那些岩石被我们地球的大气层污染，甚至可能被改变，这使得很难确定它们的来源。“它们是来自太空的随机样本，没有背景信息，”Lauretta 说。

原始样本必须直接从其来源获取，并在穿越地球大气层的过程中得到精心保护。虽然 OSIRIS-REx 任务将是 NASA 首次从近地小行星带回岩石，但日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 最近在 Ryugu 小行星上执行了一个类似的任务，即Hayabusa2。JAXA 之前的探测器 Hayabusa 曾以 Itokawa 这颗更像石头的近地小行星为目标。当样本于 2010 年返回时，团队认为未能带回任何物质。但在打开收集器后，他们发现了几块岩石颗粒。最终，这三个任务都将为描绘早期太阳系可能样貌的模型提供关键数据。