曾经,地球上的人们期待着流星划过,许下愿望;奔走各地搜集陨石碎片,渴望触摸来自深空的礼物。现如今,科学家们已不再满足于被动的等待,而是主动派出使者,去探访它们,期望这些使者能带回一些精心挑选的样本。最近,太阳系内有两个小行星过得不太安宁。一个叫做Ryugu(“龙宫”),日本的Hayabusa2探测器已成功释放了着陆器到Ryugu的表面,并传回了小行星表面的高清图片。
另一个叫做Bennu,目前来自NASA的OSIRIS-REx探测器距离它只有十几公里,已经开始了第一轮科学考察,并计划在2020年与Bennu进行“亲密接触”,采集最少60克,最多2000克的岩石样品,并将样品打包带回地球。隼鸟和冥王先说说这两架探测器的名字。Hayabusa在日文里是“隼鸟”的意思,它从Ryugu表面采样回地球的计划,与日本神话中浦岛太郎从龙宫带回的“玉手箱”的情节相合。
Osiris-Rex解释起来略复杂一些。其中Rex在拉丁语里是“王”的意思,比如霸王龙(Tyrannosaurus rex)的单词中就有它,而Osiris的寓意就和小行星探测器的科学目标有点关系了。
小行星的研究之所以重要,是因为它和太阳系的形成历史密不可分。目前的太阳系形成理论认为,在距今46亿年前,一团氢分子云在引力坍塌区中诞生了若干恒星,其中就有我们的太阳。
那时候太阳周围还没有现在的行星,但有一个围绕它旋转的扁平吸积盘,叫做原行星盘。原行星盘中包含大量气体和少量尘埃。盘中的尘埃微粒逐渐凝聚成几百米到几千米大小的星子(planetesimals),这些星子再进一步聚合成地球这样的岩石行星。如果成长速度足够快,大质量的岩石行星还可以在气体盘消失之前,俘获很厚的大气层变成木星这样的巨型气态行星。
如果把太阳系内的行星比作“建筑物”的话,那么今天太阳系内的小行星就好比是遗留下来的“砖块”。它们没有经历地球上这样剧烈的地质变化,因此如同时间胶囊一般,保留了太阳系形成早期的一些重要信息。
研究这些“砖块”可以帮助我们了解太阳系内的“建筑物”是如何一步一步搭建起来的,这其中便包括地球上与生命起源息息相关的水和有机物从何而来,以及其他天体上是否可能存在或曾经存在过生命。
目前已知的太阳系内小行星大约有78万颗,为什么选取Bennu和Ryugu作为采样目标呢?首先,要考虑到观测的难度。比如,选取距离地球轨道很近的小行星,这样宇宙飞船靠近它们比较容易。其次,为了提高任务的成功率,小行星得有类似于地球的自转。小行星的自转速度与它们的大小相关,一般直径200米以内的小行星自转都很快,有些甚至几分钟就转完一圈。
而对于那些自转太快的小行星,一来探测器难以匹配它的旋转速度来进行采样,二来探测器想要采集的那一类被称为“风化层”的表面物质早就被抛射出去了。所以,科学家通常选取个头比较大(自转速度比较慢)的小行星。
还有一个很重要的选取标准就是小行星的成分。按照光谱类型,Bennu和Ryugu属于富含碳的C类近地小行星。之所以看中C类小行星,是因为它们在光谱类型上与碳质球粒陨石十分相似,被认为是后者的母体。
而后者的化学组成与太阳和早期太阳星云的成分非常相近,是十分古老的存在。研究落在地球上的陨石也可以得到一些信息,但是我们很难确定大多数陨石来自于哪个母体,而且它们在落入地球的过程中也会遭受污染。相比之下,研究C类小行星能得到更直接的早期太阳系的信息。
就在12月11日,关于Bennu的最新研究为科学家带来了惊喜。
OSIRIS-REx的可见-红外光谱仪(OVIRS)和热发射光谱仪(OTES)获得的数据,显示Bennu上存在一种名为“羟基”的物质,是一种氢原子与氧原子以共价键相连接的化学官能团。虽然Bennu的个头太小,难以留存液态水,但科学家们怀疑“羟基”这种物质在含有水合黏土矿物的小行星中大量存在。
这一发现意味着,在过去的某个时刻,Bennu上的岩石物质曾经与水相互作用,也就是说Bennu的母体——那个更大的小行星上,曾经有水。未来,这些探测器带回的样本会进一步丰富有关太阳系形成的信息库。