本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
在6月19日星期二的早晨,日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的成員觀看了從深空傳輸回來的影像,這些影像引發了一系列反應。
“我看到一顆死星。”
“我們將用SCI攻擊它!”
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“SCI應該只用於和平目的!”
“願原力與你同在!”
他們正在凝視龍宮的最新影像,這是一顆直徑900米的近地小行星,它在地球和火星之間繞太陽執行。這些影像是由JAXA的隼鳥2號探測器上的相機從距離小行星約300公里的地方拍攝的。
隼鳥2號是由JAXA宇宙科學研究所(ISAS)領導的小行星樣本返回任務。該任務的目標是與龍宮會合,分析其性質並進行一系列表面操作。地表操作包括部署三輛小型漫遊車和歐洲設計的名為MASCOT的著陸器,以及收集三個不同的物質樣本返回地球。在收集第三個樣本之前,隼鳥2號將釋放一個重達兩公斤的銅製彈丸,稱為SCI(小型攜帶撞擊器),以在龍宮表面形成一個人造隕石坑,以便收集地下物質。在撰寫本文時,探測器剛剛抵達龍宮,它將在那裡停留到2019年底,然後在2020年底將其裝滿樣本的返回艙送回地球。
龍宮是一顆碳質小行星,這種小行星通常富含有機物質,並且自太陽系誕生以來變化甚微。這使得龍宮類似於四十多億年前撞擊年輕地球的隕石,可能提供了我們溫帶行星的第一批水和有機物——生命的原始原料。隼鳥2號探索我們起源的科學目標反映在其小行星目標名稱中。透過公眾投票選出的“龍宮”是日本民間傳說中一個神話般的水下宮殿的名稱,在這個故事中,一位年輕的漁夫得到一個盒子,一旦開啟,就會把他變成一個老人。2020年返回地球的樣本可能同樣蘊藏著我們星球年輕時代的變革性秘密。
在隼鳥2號抵達龍宮之前,隼鳥2號團隊開始在任務網站上釋出越來越近、越來越清晰的龍宮影像。這一系列的預告片最終在6月26日星期二拍攝的一張距離龍宮僅20公里的特寫影像中達到高潮。到目前為止,公眾的反應與開玩笑的團隊成員的反應相呼應;一個引人注目的大隕石坑使龍宮看起來令人擔憂地像《星球大戰》中的死星。但是,假設龍宮與行星的形成有關,而不是與它們的毀滅有關,那麼它的形狀對任務意味著什麼呢?
對小行星自轉的分析為隼鳥2號團隊帶來了好訊息。龍宮的自轉軸幾乎垂直於它繞太陽的路徑以及隼鳥2號的視角。這使得探測器能夠在小行星自轉時獲得龍宮的全域性檢視。由於隼鳥2號實際上不會圍繞小行星執行,因此該團隊擔心,如果探測器碰巧發現自己正盯著龍宮的其中一個極點,那麼小行星表面的大部分割槽域可能會被永久遮擋。這將大大限制著陸地點的選擇。
有趣的是,龍宮正在“向後”旋轉——也就是說,它的旋轉方向與地球的旋轉方向以及龍宮繞太陽執行的方向相反。這被稱為逆行旋轉,是碰撞或其他破壞性力量的常見結果。對於龍宮來說,如此劇烈的歷史並不令人驚訝。近地軌道上的小型小行星被認為起源於小行星帶,這是一個在火星和木星之間繞太陽執行的太空岩石擴散帶。那裡的小行星之間的碰撞會導致較大的天體分裂,將一連串較小的碎片送往地球。隨著龍宮的表面細節逐漸清晰,坑窪不平的表面進一步表明這顆小行星在其存在期間經歷了許多碰撞。
隼鳥2號的專案經理津田雄一指出,儘管小行星崎嶇的表面特徵提供了關於龍宮歷史的重要線索,但也給著陸帶來了挑戰。同樣,小行星的稜角分明、幾乎是八面體的形狀可能會導致不均勻的引力,這可能會使著陸更加困難。
津田在最近釋出在該任務網站上的一篇文章中指出:“總體而言,小行星的形狀像螢石。” “這意味著我們預計小行星表面廣大區域的重力方向不會直接向下。”
重力是物體質量的結果。如果質量分佈均勻,就像一個球體一樣,引力會直接向下指向球體的中心。地球就是這樣,重力使我們將自己固定在地面上。但是龍宮的質量不足以使其重力將其拉成一個球。相反,它的質量在空間中分佈不均勻,因此其引力的方向會隨著表面的變化而變化。這很可能會使某些位置比其他位置的著陸更加危險。
為了找到安全的著陸位置來收集樣本並釋放MASCOT著陸器和三輛漫遊車,隼鳥2號團隊計劃在夏季透過構建小行星的三維模型來仔細繪製龍宮的重力圖。來自美國宇航局OSIRIS-REx任務的研究人員將協助完成這項任務,該任務是另一項樣本返回任務,將於今年晚些時候抵達另一顆小行星貝努。團隊之間共享的軟體工具以前曾用於建立美國宇航局前往穀神星和水星的任務的三維模型。將此軟體用於龍宮對於OSIRIS-REx團隊為他們自己的相遇做準備將特別有價值,因為龍宮的形狀與貝努的形狀非常相似。
隼鳥2號的任務經理吉川真承認,他對兩顆小行星之間的這種相似性感到非常驚訝,因為它們的其他物理特性有所不同。
他說:“這些天體(指的是貝努和另一顆形狀相似的小行星2008 EV5)與龍宮相比,體積小,旋轉速度快。”
龍宮的菱形形狀是由於小行星突出的赤道脊。這種地貌可能由快速旋轉引起,在這種旋轉中,向心力將物質推到一起形成隆起。然而,龍宮的自轉週期約為7.6小時,大約是貝努的兩倍。這兩個天體的相似性和差異將是理解小行星形成和演化的重要指南。
夏季,隼鳥2號將對龍宮進行遠端觀測,並尋找最佳著陸地點。表面作業將於9月或10月左右開始,屆時將收集第一個樣本,並釋放MASCOT著陸器和一到兩輛漫遊車。SCI計劃於明年三月(非常和平地)投放。
該團隊正在其網站上定期釋出更新,使地球上的每個人都可以關注首次探索這個小世界的進展。
