美国犹他州西部荒漠,已经高照的艳阳丝毫驱散不了清晨的凉意,好在没有一丝微风,仿佛大自然也和现场守候的众人一样,在屏息以待一个重要时刻的到来。飞碟形状的返回舱高速突入大气层,在湛蓝的天空中划出一道白昼流星。片刻后,红白相间的降落伞展开,如同一片轻盈的树叶从空中飘落。最终,返回舱缓缓触地,沙尘微扬。此刻,是2023年9月24日,当地时间8点52分。
NASA首个小行星采样返回任务OSIRIS-REx(冥王号)在一颗名叫“贝努”的近地小行星上采集的样品,终于安全抵达了地球。
NASA的冥王号探测器,发射于2016年9月8日,全称“Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer”,意思是太阳系起源、光谱解析、资源识别、安全保障-小行星风化层探索者,缩写OSIRIS-REx。
OSIRIS是埃及神话中的神祗奥西里斯,他有双重身份,既是传播农业知识的丰饶之神(象征小行星采样返回任务可以告诉人们关于生命起源的信息),也是冥界之王(象征小行星撞击的毁灭性)。Rex是拉丁语“王”的意思,cue了一把霸王龙(Tyrannosaurus rex)。
再联想到大部分恐龙很可能灭绝于6600万年前的一次小行星撞击,NASA这个丧心病狂凑出来的缩写,也暗含那么点儿让霸王龙飞去小行星“复仇”的意思。
冥王号的探测目标,是一颗叫做贝努(Bennu)的近地小行星,直径约500米,轨道位于金星和火星之间,与地球轨道有交叉。小行星贝努的轨道(蓝色),与地球轨道(绿色)相交。为啥叫贝努呢?不用说,肯定也是跟埃及神话有关的:贝努是埃及神话里的不死鸟。
而身为小行星的贝努则是一颗碳质小行星,这是太阳系小行星中数目最多,也最为原始的一类,其中一些可能富含水和有机物。一些研究认为,地球早期的水和生命,可能就是富含水和有机物的小行星和彗星的撞击带来的。也就是说,探测这样的小行星既可以帮助我们了解太阳系早期的成分信息、历史和演化,说不定也可以帮助我们寻找到地球生命起源的线索。
2018年12月31日,冥王号进入环贝努轨道,这也是人类探测器首次成功环绕个头和引力如此小的天体长期飞行。在此后近两年的时间里,冥王号一点一点调整轨道,在各种高度上地毯式扫射贝努表面的每一寸土地,对一部分需要重点考察的区域,冥王号的飞掠高度甚至可以低达250米。通过这些近距离考察,贝努这个曾经望远镜里的小亮点,已经一跃成为太阳系中人类最了解的小行星之一了。
冥王号携带的PolyCam相机用2155张照片拼出了小行星贝努的超高清全球影像图,分辨率高达5厘米/像素,是人类迄今为止获取的最高清的地外星球全球影像图。经过一年多的精细考察和反复挑选,冥王号项目组最终从贝努上的4个备选区中,选择了最北端的“夜莺”(Nightingale)作为采样区。2020年10月20日,冥王号探测器顺利降落在“夜莺”采样区。
直径0.3米的采样头与小行星表面接触了约6秒钟,将小行星表面的碎石和尘埃颗粒收入“囊”中后,点火起飞离开。冥王号的采样目标是至少采集到60克样品。尽管事后发现采样头有少量样品泄露问题,但项目组还是通过拍照,确认冥王号最终采集装箱获取到了远多于预定目标的样品量,估摸摸可能有250克。2020年10月28日,冥王号完成了样品“装箱”:将采到的样品封装入返回舱。
2021年5月10日,冥王号带着珍贵的小行星样品,启程返航。历经2年4个多月的太空航程和途中的多次轨道修正,冥王号于2023年9月24日抵达地球上空,将装载着小行星贝努样品的返回舱投入地球大气层。在隔热盾的保护下,返回舱(SRC)以12.4公里/秒的高速冲入地球大气层,经历大气减速、降落伞减速、分离降落伞,克服高温和各种可能的天气状况干扰,最终着陆在位于美国犹他州沙漠的犹他测试训练场。
这里,也是2006年1月15日NASA星尘号探测器带回的彗星样品归来的地方。
为了确保返回舱顺利着陆,冥王号样品回收团队已开展了多轮回收演练,力求精细还原样品回收中的每个过程。此外,回收团队还在返回舱着陆后,对返回舱可能接触到的着陆区一带的土壤、水等物质进行采样和记录,这样将来万一小行星样品有被着陆区的地球物质污染的嫌疑,科学家团队也能分辨出哪些物质来自犹他沙漠,哪些来自小行星贝努。
落地的返回舱完好无损,已经打包由直升机运往专门的实验室等待开启样品舱。被顺利回收的返回舱,则被尽快移送到着陆区附近的洁净室中。在回收团队拆除返回舱隔热盾、外壳等其他组件后,舱中包裹着的珍贵样品将被送往位于美国休斯顿的NASA约翰逊空间中心存储。NASA计划将其中3/4的样品专门留作分发给现在和将来的全世界科学家们研究之用。
将小行星贝努的样品送回地球后,冥王号并不会停下脚步,而是立刻动身,前往下一个探测目标——小行星阿波菲斯(Apophis)。目前初步建立的小行星阿波菲斯形状模型。实际长什么样,就要等冥王号近距离探访之后才知道了。平均直径约370米的阿波菲斯也是一颗近地小行星,轨道位于金星和火星之间。
阿波菲斯的个头不算小(直径大于140米),轨道又与地球轨道有交叉,是一颗典型的对地球有潜在威胁的小行星(potentially hazardous asteroid,简称PHA)。加之Apophis本意是埃及神话中的破坏和混沌之神阿佩普(Apep),中文也常把这颗小行星译为“毁神星”。然而,即使是在“潜在威胁小行星”这个群体里,阿波菲斯也是格外令人瞩目的。
这颗小行星发现于2004年,最初的轨道观测结果预测,这颗小行星在2029年抵近地球时,有2.7%的概率撞上地球!这可把地球人吓了一跳,虽说阿波菲斯比6600万年前灭绝恐龙的那颗(直径10千米级)小了不少,但要是真撞过来了,也架不住咱们人类文明脆弱啊……好在,后续的轨道观测排除了撞地球的可能性:阿波菲斯将在2029年4月13日有惊无险地近距离飞掠地球。
不过,这个“近距离”也确实是够近的,按目前的轨道预测,阿波菲斯在这次抵近过程中,距地球表面最近时只有3万多公里——比地球静止轨道卫星还要近!届时,其亮度峰值也将达到3.1等,在地理位置合适,且光污染较少的乡村和郊区,肉眼就能看到。
冥王号制定了整套阿波菲斯观测计划:1. 从2029年4月2日,距离阿波菲斯500万公里远的地方,冥王号就会开始远距离观测这颗小行星,此时阿波菲斯还是冥王号视野中的一个小亮点;2. 在阿波菲斯2029年4月抵近地球前,冥王号将在距阿波菲斯5万公里远处持续观察地球引力对阿波菲斯自转的影响;3. 在阿波菲斯近距离飞掠地球(2029年4月13日)后,冥王号将利用地球引力助推,进入环绕阿波菲斯的新轨道,开始为期18个月的阿波菲斯近距离探索之旅;4. 最后,冥王号还计划开启推进系统来搅动阿波菲斯表面,帮助我们观察到小行星地表之下的物质。
毕竟,除了返回舱扔了,冥王号携带的其他科学仪器都还嘎嘎健康,不多用用多可惜啊。
当然,新的任务阶段要有新的名字,冥王号(OSIRIS-REx)将正式变身为太阳系起源、光谱解析、资源识别、安全保障-阿波菲斯探索者号(Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security-APophis EXplorer),简称OSIRIS-APEX。
缩写apex本身有“顶点”的意思,所以直译可能或许是……“至尊冥王号”?
在不远的将来,还有更多小天体采样返回任务正在筹备之中,例如:中国的天问二号计划从近地小行星2016HO3采回样品,而JAXA的火星卫星探测任务(MMX)计划从火卫一采回样品。期待越来越多小天体采样返回任务为我们带回太阳系的“时光胶囊”吧!