在日本小行星龙宫,日本隼鸟2号探测器准备进行探索

该探测器将绘制表面地图、部署漫游车并收集原始样本,这些样本可能包含地球生命起源的线索

隼鸟2号接近小行星龙宫的艺术家印象图。

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


在6月19日星期二的早晨,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的成员观看了从深空传输回来的图像,这些图像引发了一系列反应。

“我看到一颗死星。”

“我们将用SCI攻击它!”


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“SCI应该只用于和平目的!”

“愿原力与你同在!”

他们正在凝视龙宫的最新图像,这是一颗直径900米的近地小行星,它在地球和火星之间绕太阳运行。这些图像是由JAXA的隼鸟2号探测器上的相机从距离小行星约300公里的地方拍摄的。

隼鸟2号是由JAXA宇宙科学研究所(ISAS)领导的小行星样本返回任务。该任务的目标是与龙宫会合,分析其性质并进行一系列表面操作。地表操作包括部署三辆小型漫游车和欧洲设计的名为MASCOT的着陆器,以及收集三个不同的物质样本返回地球。在收集第三个样本之前,隼鸟2号将释放一个重达两公斤的铜制弹丸,称为SCI(小型携带撞击器),以在龙宫表面形成一个人造陨石坑,以便收集地下物质。在撰写本文时,探测器刚刚抵达龙宫,它将在那里停留到2019年底,然后在2020年底将其装满样本的返回舱送回地球。

龙宫是一颗碳质小行星,这种小行星通常富含有机物质,并且自太阳系诞生以来变化甚微。这使得龙宫类似于四十多亿年前撞击年轻地球的陨石,可能提供了我们温带行星的第一批水和有机物——生命的原始原料。隼鸟2号探索我们起源的科学目标反映在其小行星目标名称中。通过公众投票选出的“龙宫”是日本民间传说中一个神话般的水下宫殿的名称,在这个故事中,一位年轻的渔夫得到一个盒子,一旦打开,就会把他变成一个老人。2020年返回地球的样本可能同样蕴藏着我们星球年轻时代的变革性秘密。

在隼鸟2号抵达龙宫之前,隼鸟2号团队开始在任务网站上发布越来越近、越来越清晰的龙宫图像。这一系列的预告片最终在6月26日星期二拍摄的一张距离龙宫仅20公里的特写图像中达到高潮。到目前为止,公众的反应与开玩笑的团队成员的反应相呼应;一个引人注目的大陨石坑使龙宫看起来令人担忧地像《星球大战》中的死星。但是,假设龙宫与行星的形成有关,而不是与它们的毁灭有关,那么它的形状对任务意味着什么呢?

对小行星自转的分析为隼鸟2号团队带来了好消息。龙宫的自转轴几乎垂直于它绕太阳的路径以及隼鸟2号的视角。这使得探测器能够在小行星自转时获得龙宫的全局视图。由于隼鸟2号实际上不会围绕小行星运行,因此该团队担心,如果探测器碰巧发现自己正盯着龙宫的其中一个极点,那么小行星表面的大部分区域可能会被永久遮挡。这将大大限制着陆地点的选择。

有趣的是,龙宫正在“向后”旋转——也就是说,它的旋转方向与地球的旋转方向以及龙宫绕太阳运行的方向相反。这被称为逆行旋转,是碰撞或其他破坏性力量的常见结果。对于龙宫来说,如此剧烈的历史并不令人惊讶。近地轨道上的小型小行星被认为起源于小行星带,这是一个在火星和木星之间绕太阳运行的太空岩石扩散带。那里的小行星之间的碰撞会导致较大的天体分裂,将一连串较小的碎片送往地球。随着龙宫的表面细节逐渐清晰,坑洼不平的表面进一步表明这颗小行星在其存在期间经历了许多碰撞。

隼鸟2号的项目经理津田雄一指出,尽管小行星崎岖的表面特征提供了关于龙宫历史的重要线索,但也给着陆带来了挑战。同样,小行星的棱角分明、几乎是八面体的形状可能会导致不均匀的引力,这可能会使着陆更加困难。

津田在最近发布在该任务网站上的一篇文章中指出:“总体而言,小行星的形状像萤石。” “这意味着我们预计小行星表面广大区域的重力方向不会直接向下。”

重力是物体质量的结果。如果质量分布均匀,就像一个球体一样,引力会直接向下指向球体的中心。地球就是这样,重力使我们将自己固定在地面上。但是龙宫的质量不足以使其重力将其拉成一个球。相反,它的质量在空间中分布不均匀,因此其引力的方向会随着表面的变化而变化。这很可能会使某些位置比其他位置的着陆更加危险。

为了找到安全的着陆位置来收集样本并释放MASCOT着陆器和三辆漫游车,隼鸟2号团队计划在夏季通过构建小行星的三维模型来仔细绘制龙宫的重力图。来自美国宇航局OSIRIS-REx任务的研究人员将协助完成这项任务,该任务是另一项样本返回任务,将于今年晚些时候抵达另一颗小行星贝努。团队之间共享的软件工具以前曾用于创建美国宇航局前往谷神星和水星的任务的三维模型。将此软件用于龙宫对于OSIRIS-REx团队为他们自己的相遇做准备将特别有价值,因为龙宫的形状与贝努的形状非常相似。

隼鸟2号的任务经理吉川真承认,他对两颗小行星之间的这种相似性感到非常惊讶,因为它们的其他物理特性有所不同。

他说:“这些天体(指的是贝努和另一颗形状相似的小行星2008 EV5)与龙宫相比,体积小,旋转速度快。”

龙宫的菱形形状是由于小行星突出的赤道脊。这种地貌可能由快速旋转引起,在这种旋转中,向心力将物质推到一起形成隆起。然而,龙宫的自转周期约为7.6小时,大约是贝努的两倍。这两个天体的相似性和差异将是理解小行星形成和演化的重要指南。

夏季,隼鸟2号将对龙宫进行远程观测,并寻找最佳着陆地点。表面作业将于9月或10月左右开始,届时将收集第一个样本,并释放MASCOT着陆器和一到两辆漫游车。SCI计划于明年三月(非常和平地)投放。

该团队正在其网站上定期发布更新,使地球上的每个人都可以关注首次探索这个小世界的进展。

Elizabeth Tasker is an Associate Professor at the Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA), where her research focuses on building stars and planets inside computers. She is the author of the popular science book, 'The Planet Factory', which was published last year. Elizabeth can be followed on twitter talking about exoplanets and life in Japan @girlandkat.

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