在太陽的另一側，一場行星際的搶劫行動正在進行中。下週，NASA 的 OSIRIS-REx 探測器將大膽嘗試從一顆小行星表面竊取樣本，在此過程中躲避巨大的 boulders 和其他危險。如果一切順利，它將開始漫長的返程，從歷史上非月球任務中帶回地球最多的地外物質。其珍貴的外星岩石貨物可能蘊藏著關於我們宇宙起源的長期問題的答案。“我們希望獲得能夠告訴我們太陽系形成第一階段的物質，”法國藍色海岸天文臺的帕特里克·米歇爾說。
耗資約 10 億美元的 OSIRIS-REx 探測器於 2016 年發射升空，執行前往 小行星貝努 的任務，該小行星的軌道略大於地球軌道。該探測器配備了一個可伸展的臂狀儀器，稱為“觸控即走”取樣採集機構 (TAGSAM)，其主要目標是下降到貝努表面並 scoop 起大量的樣本，最多可達兩公斤，然後再返回地球。此前唯一成功的 asteroid 樣本返回任務是日本的隼鳥號，它在 2010 年僅返回了幾微克。其後繼者隼鳥 2 號計劃於 12 月投放新的樣本，但 onboard 僅攜帶最多一克。
亞利桑那大學的行星科學家但丁·勞雷塔說，OSIRIS-REx 探測器已經醞釀了近二十年，他是該任務的首席研究員。“我已經為此工作了 16 年多，”他說。而現在，清算的時刻已經到來。本週二，10 月 20 日，美國東部時間下午 1:50 左右，任務控制人員將命令探測器開始從其距表面 700 米的停泊軌道自主接近貝努。在接下來的四個半小時內，它將緩慢下降並前往一個預先選定的著陸點，稱為 Nightingale。然後，在美國東部時間下午 6:10 左右，探測器應該接觸表面不超過 15 秒，吸取樣本，然後 escape。
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OSIRIS-REx 和貝努目前在太陽的另一側，距離地球約 3.34 億公里。這意味著與探測器進行單向通訊需要 18 分鐘，因此 landing 必須是自主的。但任務團隊已做好充分準備：8 月，他們完成了兩次 landing 演習中的第二次，其中探測器接近 landing 點至僅 131 英尺（40 米）的距離，然後 backing away。這次演習包括測試探測器使用視覺影像到達 surface 的能力。
OSIRIS-REx 的觸控即走 (TAG) 樣本採集事件概述，計劃於 2020 年 10 月 20 日在小行星貝努上進行。 來源：NASA 戈達德太空飛行中心
最初，科學家們計劃使用雷射跟蹤在貝努著陸。但到達後，他們發現它是一顆“碎石堆”小行星，這意味著它由許多大小不一的岩石組成。這種特性會使透過雷射進行 landing 變得困難，因為光束的光線會被小行星的表面散射。相反，團隊決定使用探測器的 cameras 來引導在 Nightingale 著陸，Nightingale 是碎石堆中一個相對平坦的 16 米寬的區域。“我們基本上是在嘗試將一輛大型 van 停放在一個只有兩個停車位寬的地方，”勞雷塔說。
自 OSIRIS-REx 到達以來，貝努的結構和組成一直備受關注。上週，一系列論文發表在 Science 和 Science Advances 雜誌上，詳細介紹了基於探測器資料的一些關於小行星的新發現。其中一項研究中，科學家們描述了貝努表面存在有機碳 bearing 物質。“有機碳很有趣，因為我們認為像貝努這樣的小行星可能將有機物質傳遞到了早期的地球，”NASA 戈達德太空飛行中心的漢娜·卡普蘭說，她是最近一項研究的主要作者，也是另一項研究的合著者。“因此，能夠回去看看這些非常早期的原始有機材料是什麼樣子，這真的令人興奮。”
在另一篇論文中，科學家們能夠使用 OSIRIS-REx 拍攝的從貝努表面 eject 的物質影像來計算出其內部組成和重力。在探測器於 2018 年到達小行星後，科學家們驚訝地發現貝努主動將粒子 eject 到太空中，這些粒子 remained 在其周圍的軌道上。“我們使用這種‘粒子重力場’來分析質量在貝努內部的分佈情況，”科羅拉多大學博爾德分校的丹尼爾·謝雷斯說，他是這項研究的主要作者。研究人員發現小行星的內部是 heterogeneous 的，這意味著某些部分的密度比其他部分更高——這可能解釋了貝努奇怪的 bulgelike 形狀。在小行星的旋轉拉動下，“物質正在向下流入赤道區域，儘管速度相對緩慢，”謝雷斯說。
貝努的碎石堆性質為 OSIRIS-REx 的 landing 增加了一些複雜性。第一個主要 milestone 將在離開其停泊軌道約四小時後到來，屆時探測器將開始其“檢查點 burn”：它將使用其 thrusters 瞬間停止在 Nightingale landing 點上方 410 英尺（125 米）處，然後開始下降。大約 11 分鐘後，OSIRIS-REx 將透過“matchpoint burn”減緩其下降速度，最終將其速度降低至每秒僅 10 釐米，其 TAGSAM arm 向外延伸到小行星。
當 arm 接觸表面時，內部的 spring 系統將使探測器的相對速度減慢至零。arm 的圓形 collector head 將在貝努表面保持接觸最多 15 秒，將氮氣 pumping 到表面以 kick up 用於採集的物質。然後 spring 將 recoil 並像 pogo stick 一樣將 OSIRIS-REx 推開，然後 craft fire 其 thrusters 並返回到小行星 surface 上方的停泊軌道。由於 COVID-19 restrictions，OSIRIS-REx 團隊的大部分人將在家中舒適地觀看 action unfold，只有大約十幾個人在 mission control。
該程式並非沒有 nail-biting perils。首先，探測器必須在開始下降之前檢查下方 surface 上是否沒有 hazardous rocks。它將在 matchpoint burn 之前自主做出 fly 上的 call。團隊還將希望 TAGSAM arm 不會接觸到 surface 上任何 inconveniently angled 的 rock，這可能會使整個探測器 askew。這種情況下的最大 danger 是附近一塊 massive boulder，暱稱“末日山”，如果 OSIRIS-REx 在探測器 ascent 時撞到它，那將是 deadly 的。“最壞的情況是：你來到末日山旁邊，朝它 tip over，fire 你的 thrusters，然後 slam 到那塊 rock 上，”勞雷塔說。
如果一切按計劃進行，團隊預計將在 collector head 內採集 60 克到 2 公斤的物質。透過在 arm extended 的情況下 spin 探測器，研究人員將能夠測量樣本的 inertia 並計算出他們採集了多少貝努，精度為正負 20 克。如果認為有足夠的量（60 克或更多），探測器會將 collector head 儲存在一個容器中，該容器旨在安全地將樣本帶回地球 atmosphere。如果未採集到樣本，探測器 onboard 有足夠的氮氣，可以在 12 月或 1 月嘗試最多兩次 landing。如果 Nightingale 受到探測器 thrusters 的干擾，這些 landings 將在第二個地點 Osprey 進行。
但是，如果從 Nightingale 採集到足夠的樣本（團隊將在 10 月 30 日決定），探測器將 remain 在軌道上直到 2021 年 3 月，然後 depart 貝努踏上返程 voyage。2023 年 9 月，它將 arrive 返回我們的 planet 並將其 capsule drop 到我們的 atmosphere 中。然後 capsule 將 parachute 安全降落在猶他州沙漠中，並攜帶其 scientific spoils。但在這一切之前，實際上還有將這個宏偉而 elaborate 計劃的最關鍵部分付諸 action 的 small matter。“最大的 disappointment 是團隊無法 gather 在一起慶祝這個 event，”勞雷塔說，他現在 instead eyeing 探測器 2023 年末返回地球進行一些 revelry。“我們最好在那時 over 了 pandemic。”