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开采太阳系

作者:苗千

2021-01-07·阅读时长7分钟

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2020年12月17日,中国科研人员准备给月球样品称重(金立旺 摄/新华社供图)


嫦娥五号月球探测器带着从月球采集的样本,顺利返回了地球。这些从天而降的来自太阳系其他天体的样本激起了人们极大的兴趣。对于这些珍贵的来自月球的土壤和岩石,人们不仅有对其“不含有机物,没法种菜”的调侃,也有种种的想象和憧憬——就有人设想,如果可以把月球土壤中的氦3提取出来作为地球上可控核聚变的燃料,就可以在很长一段时间内为地球提供充足的能量。

虽然以人类目前的技术条件来说,这些想法还显得有些为时过早,不具有可操作性,但近期人类在太空探索领域所取得的一系列突破,已经向我们展示了一个充满了科幻色彩的未来场景——利用无人探测器去太阳系中的其他天体进行探索和开采。

隼鸟2号和小行星龙宫

早在6年多以前的2014年12月3日,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)就通过一架H-IIA火箭,将600公斤重的隼鸟2号(Hayabusa 2)探测器发射升空,去探测人类在1999年5月发现的一颗近地小行星——龙宫(Ryugu)。花费三年多的时间,在太空中航行了32亿公里之后,隼鸟2号在2018年6月27日终于到达距离小行星龙宫20公里的探测位置。

小行星龙宫属于太阳系中一种历史悠久的天体,形成于大约46亿年前。它含有碳元素、黏土和硅酸盐岩,堪称研究太阳系历史的完美标本。正是因为形成于太阳系形成初期,在小行星龙宫的表面下取得样本进行研究有助于人类理解太阳系形成早期的状态。在这几十亿年的时间里,龙宫没有发生过太大改变,在表层的保护之下,其内部的物质没有受到来自太阳的热量或是宇宙射线的影响,有可能仍然保持着最初的状态。人们好奇,在这样的小行星样本中是否会含有水,以及可能构成生命最初形态的一些有机分子。

隼鸟2号装备有一个红外线光谱仪,可以测量小行星矿物质和水的含量;还有一个热成像相机用以探测小行星的表面温度和热惯性。但它更重要的工作是取得小行星样本。在2019年2月到7月之间,隼鸟2号两次在小行星龙宫的表面着陆。它先是向龙宫表面发射一个钽材料制造的飞弹。通过这颗飞弹与小行星表面的撞击,探测器收集到了岩石碎片样本。随后在4月5日,隼鸟2号到达了距离龙宫表面500米的位置,释放了一个小型飞行器——飞行器中携带的9.5公斤塑料炸药和一个撞击物。

隼鸟2号随后引爆炸药,让一个2公斤重、圆盘形状的铜制撞击物在爆炸的作用下形成一个差不多篮球大小、类似于子弹形状的飞弹,以每秒2000米的速度撞击到龙宫的表面,以此在龙宫的表面制造出一个前所未有的人工撞击坑。2019年7月11日,隼鸟2号降落在小行星龙宫表面收集样本——这一系列操作发生在距离地球3亿公里之外的位置。

对小行星龙宫进行探测和取样,最难的部分是要应付在其表面的低重力条件。因为质量小,引力相对较弱。探测器稍不小心就可能在其表面反弹,进而失控,造成整个探测计划的失败。在完成了采样任务之后,隼鸟2号还在龙宫的表面放置了由法国和德国合作制造的三个微型机器人。这些微型机器人装备有摇摆臂,可以进行弹跳。它们还装备了照相机、辐射仪、光谱显微镜和磁力计等科学设备,在龙宫表面进行探测。

完成了一系列探测工作之后,隼鸟2号在2019年11月13日启程返回地球。时至2020年12月5日,隼鸟2号在距地球22万公里的位置与直径40厘米的回收舱进行分离。在12月6日凌晨,封装着小行星龙宫样本的回收舱降落在南澳大利亚沙漠中的伍默拉试验场,在两个小时后被搜寻人员发现。在太空中,隼鸟2号难以对收集到的样本进行称量。只有当样本被运送回日本之后,科学家们才能够准确测量隼鸟2号取得的样本总量。

这是人类历史上第二次有来自太阳系小行星的样本返回地球。此前的隼鸟号也曾经花费了7年时间,在太空中旅行了60亿公里之后,终于带着从小行星25143采集到的微量样本于2010年返回地球。而隼鸟2号的太空旅行还在继续,它转而飞往小行星1998KY26 。此刻隼鸟2号正在以每秒5公里的速度远离地球,目前已经在距离地球超过1000万公里的茫茫太空之中。

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苗千

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嫦娥五号的太空故事

核心科学家专访,详解探月、采样和月壤细节

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