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NASA探測器飛往小行星採集樣本,或將解開地球生命起源之謎

刊登於 2016-09-09

NASA的OSIRIS-REx探測器將於9月8日從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發射升空。
NASA 的 OSIRIS-REx 探測器從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發射前往小行星 Bennu。

美國東部時間9月8日下午7時5分(香港時間9日上午7時5分),擎天神5號(Atlas V)運載火箭在佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地(CCAFS)發射,將美國太空總署(NASA)首艘小行星採樣探測飛船送入太空,飛往近地小行星 Bennu。這次任務代號為「OSIRIS-REx」,主要目的是在小行星 Bennu 上採集樣本,進行太陽系形成與地球生命起源的研究,同時更精確地評估 Bennu 撞擊地球的可能性。預計 OSIRIS-REx 探測器將於2021年攜帶樣本啟程返回,2023年抵達地球。

我們希望採集到能上溯至太陽系誕生之初的純淨樣本,我們想將這些樣本帶回實驗室,探索生命起源的歷程以及在這個過程中,是什麼使得我們的地球變得可居住。

OSIRIS-REx 項目研究主任 Dante Lauretta 教授

OSIRIS-REx 探測器將用長達兩年的時間飛往小行星 Bennu,後者於1999年9月11日被發現,在至今為止太陽系內被發現的約127萬顆小行星中,它是一個特殊的存在。Bennu 直徑約500米,每6年就會近距離掠過地球一次,科學家目前預估其撞擊地球的機率是1/2700,位列巴勒莫撞擊危險指數(Palermo Technical Impact Hazard Scale)第三級。通過 OSIRIS-REx 探測器更近距離地觀測與研究 Bennu,將有助於人類確定其運行軌道及相關理論,建立防範各類近地小行星撞擊地球的預警系統。

而 Bennu 的運行軌道使其有時是最接近地球的碳質小行星,天文學家因此得以對其進行較詳細的觀測。研究人員認為 Bennu 形成於約45億年以前,如果能從上面採集到未被污染樣本,將有助於人類探索太陽系形成與演化的奧秘;同時可以驗證小行星撞擊地球帶來氨基酸(Amino acid)等有機分子,從而觸發地球生命起源等猜想。

如果一切順利,探測器將於2018年8月與 Bennu「正式見面」,並停留在距離其表面240米的空中,進行亞爾科夫斯基效應(Yarkovsky effect,詳見「端百科」)研究。關於該效應的研究可用於跟蹤小行星的返回時間,研究成果將有助於識別及創建它們的運行軌道。OSIRIS-REx 項目研究副主任 Ed Beshore 稱:「這是一個非常緩慢的過程,探測器將觀察 Bennu 接受了多少太陽輻射,以及這些輻射如何改變了它在這段時間內的運行軌道。」

2020年7月,在經過將近兩年的對 Bennu 地面形態檢測與地圖繪製後,探測器將與 Bennu「親密接觸」。OSIRIS-REx 團隊將從12個潛在的採集地點中,基於可操作性與安全性確定降落地點——例如,探測器無法在 Bennu 的兩極降落,還要避開山坡和巨石,理想情況下是降落於淺淺的小盆地。

選定採樣地點後,地面團隊將控制探測器以大約每小時400米的速度緩慢下降。但探測器不會在 Bennu 上着陸,而是伸出一個帶有真空室的機械臂,在機械臂接觸小行星表面的3至5秒時間內,用氮氣衝擊小行星的地面,將塵土與碎石樣本反彈入真空室存儲起來。

NASA 希望在探測器啟程返回地球之前,能收集到約180克至900克的材料。美國田納西大學(UT)行星學家 Hap McSween 表示,收集的樣本將不會太多,每次60至300克,而機械臂至多可以嘗試3次。McSween 將負責管理被運送回地球的 Bennu 樣本。

不出意外的話,探測器將按計劃於2023年抵達美國猶他州鹽湖城(Salt Lake City),藉助空投降落傘在沙漠中着陸。隨後,裝載採集樣本的密封容器將會被送往位於德州侯斯頓(Houston)的約翰遜太空中心(Johnson Space Center),展開下一階段的研究。

8 億美元
包括探測器建造及往返 Bennu 等費用在內,OSIRIS-REx 任務共耗資約8億美元。

聲音

我們做決定的依據是看,哪個地方對於探測器來說是安全的,哪個地方有大量的樣本,以及如果我們夠幸運的話,哪個地方對於科學研究來說是最有趣的。

OSIRIS-REx 研究副主任 Ed Beshore

這項任務將進行更實際的研究,了解靠近地球的小行星群有何資源,及有何威脅。

OSIRIS-REx 參與科學家 Jeffrey Grossman

亞爾科夫斯基效應

亞爾科夫斯基效應(Yarkovsky effect),是指當小行星吸收陽光和釋放熱量時對小行星產生的微小的推動力。準確來說,即是一個旋轉物體由於受在太空中的帶有動量的熱量光子的各向異性放射而產生的力。此效應在直徑10釐米至10公里的天體(流星、隕石和小行星)上較為明顯。此效應由俄羅斯的土木工程師伊凡·亞爾科夫斯基 (Ivan Osipovich Yarkovsky)在1900年提出。亞爾科夫斯基效應在1991年至2003年的12年中被多次驗證,小行星6489(6489 Golevka)的軌道在1991年、1995年和1999年被精密地測出。(資料來自維基百科)

來源:EngadgetNational GeographicSPACEScienceMag

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