振荡天星与神秘彗星：天问二号的问天之旅 | 太空精酿

2025年5月29日1时31分，天问二号从西昌卫星发射中心搭乘长征三号乙火箭成功起飞，开启了长达10年的太阳系探索之旅。按照计划，它将在前两年半时间内先后飞抵、探测、采样小行星2016HO3。将采样的样品送回地球后，天问二号还将继续花费7年时间去探测彗星311P。整个任务长达10年，最远距离地球5亿千米，预计将创造中国与世界航天的多个新纪录。

天问二号在西昌发射的现场（图源：新华社才扬）

为什么选择这两个小天体探测？

《天问》是我国伟大诗人屈原著作的长诗，他在诗里以浪漫主义情怀探讨天地阴阳与日月星辰，发出了“日月安属？列星安陈？”的千年感叹。为此，中国航天在跨越千年时空后，提出了“天问”系列行星际探测任务，尝试回答屈原留给后人的疑问。而就在他含恨投江（公元前278年）的2303年后，天问二号在端午节前出发，瞄准太阳系里两类颇为神秘的小天体，尝试揭开科学界的几个重要谜题。

第一个探测目标是小行星2016HO3，从这个命名就能简单看出它的“出生日期”（发现日期）：2016年4月下半月（27日）发现的第89个小天体。这个编号的意思是2016年，第H时段（每个时段代表半个月，H = 8，4月下半月），在这个时段内从字母表循环3遍后又到了字母O，但这个字母表中不包括字母I，即只有25个字母，所以实际发现次序是3 × 25 + 14（剔除I后字母O编号14）= 89。它还有一个小天体的标准数字编号469219，以及发现它的夏威夷大学在2019年以夏威夷语起的名字“Kamo`oalewa”，这个名字有一个酷炫的涵义“振荡天星”。

 2016HO3一直在地球附近“振荡”（图源：NASA）

从名字就能看出，这个小行星实在太特殊了，“振荡”体现在它一直在地球附近但并不像月球一样稳定地环绕，“天星”体现在它围绕太阳稳定公转、并不被地球引力束缚成为地球的卫星，从下图可以明显看出它的轨道特点。它绕太阳公转的轨道周期与地球几乎一致（每年会有略微变化），但一直是个地球附近“上蹿下跳”的小跟班，是一个“准卫星”，二者在太空中齐步共舞。 

从太阳视角看地球和“振荡天星”2016HO3（图源：Phoenix7777，NASA/JPL） 

从地球视角看“振荡天星”2016HO3（图源：Phoenix7777，NASA/JPL）

实际上，像它这样的地球“准卫星”并不唯一，地球附近至少还有6颗。但关键在于它们距离地球很远，并不被地球引力牢牢束缚，而是受到太阳、地球和其他天体的“多体摄动“影响，长期来看轨道并不稳定，理论上迟早会被弹走。但2016HO3的轨道目前来看还比较稳定，近几百年内还将是地球的稳定小跟班。所以它一经发现立即成为了整个天文界、航天界的“超级网红”，美国宇航局的太阳帆任务、科罗拉多大学的抵近探测任务都瞄准了它，不过时间已经证明中国的天问二号将是它的首个访客。

2016HO3的尺寸非常小，或许只有40-100米的尺寸，大概28分钟就能迅速转一周，它极其微弱的引力甚至不足以让它成为圆形。利用地球观测的光谱特征分析表明，它表面或许是硅酸盐的碎石、沙砾和尘土构成。相信读者们可以猜到，这类地球“准卫星”的形成肯定和地球、月球有着千丝万缕的联系。科学家们提出过各种猜想，例如月球被剧烈撞击抛射到太空的碎片、地球早期残余碎片、偶然被捕获的近地小天体等。不过“耳听为虚，眼见为实”，可能只有天问二号才能揭开它的神秘面纱。因此，2016HO3是天问二号的最核心探测目标，任务将采集最为珍贵的小天体样本送回地球。 

哈勃望远镜看到的311P彗星的多个“尾巴“（图源：NASA）

另一个探测目标是311P彗星，它又名P/2013 P5，是在2013年8月27日才发现的彗星家族新成员。等到哈勃望远镜瞄准它仔细观察的时候，发现它竟然有6条分岔的“尾巴”，这与常规彗星仅有1条主要彗尾的特点完全不同。这颗彗星位于太阳系内火星轨道和木星轨道的广阔区域，就像主小行星带的划分一样。但它之所以叫做主带彗星而非小行星，还是因为它呈现很多彗星的现象（例如不断抛洒水冰）。而在此前天文学家的认知中，彗星大部分来自太阳系边缘，主带小行星也因为距离太阳过近很难保留水冰。所以为什么这颗彗星会出现在小行星带，至今还是一个神秘的问题。

此外，它的尺寸也很小，半径或许仅有240米，能形成这种天文奇观着实另类。科学家们怀疑它或许是由一堆带冰“碎石”形成的松散组合，又或者是自己高速旋转成“烘干机”一样导致水冰不断甩出，才形成了这么多尾巴。而且后续的高精度光学观测中，还怀疑它附近甚至有一个”小卫星“环卫它的左右，且疑似它整体的外观或许因为大量物质抛洒发生了较大改变。遗憾它实在太小，离地球又实在太远，从地球附近很难看清楚这颗彗星到底发生了什么。或许这就是天问二号第二个使命的重要意义。

天问二号为什么这么特殊设计？

从前文可以看出，无论是2016HO3小行星还是311P主带彗星，都是近10来年才被人类集中认知、且蕴藏巨大科学研究价值的珍贵特殊天体。对这两个宝贵的“时间胶囊“的研究，可助力我们探究地月系统及太阳系演化的历史，进而明白人类的前因和未来。然而，它们都非常小、非常远，对它们的探测又谈何容易。天问二号一马当先，成为肩负人类重大探测使命的使者，也必须有多个绝活才能实现。

第一，天问二号要解决能源问题，这是航天任务顺利实施的根本保障。天问二号最远时距离地球超过5亿千米，那里的太阳能已极其微弱。为更好收集能量，就必须想办法增加太阳能电池板的有效面积。然而，如果采用简单增大传统电池板宽度和长度的方式，对2016HO3探测和采样过程中就非常可能出现帆板与它碰撞的风险。所以最后的选择是采用圆形柔性太阳翼的方式，发射后从扇面打开、单个面积达到17平米，满足能源需求。

天问二号的最大外形是圆形太阳能帆板（图源：中新社）

第二，天问二号要解决动力问题。它耗时10年，要先逃离地球、追上抵近2016HO3、采样后返回舱返回地球、主探测器再次逃离地球引力、追上并抵近311P，行程以10亿千米级计。在抵近这两个小天体时，天问二号还需要不断自主变轨，保持与它们的稳定关系，主动使自己成为2016HO3和311P的“准卫星”。为此，天问二号配备了复杂的推进器系统，由电推进和化学推进组成。在深空中既要大力出奇迹快速变轨机动，又要长时间电推连续工作、小推力低能轨道转移和精准保持相对小天体的位置。在返回地球后，又要借助免费的“地球引力弹弓”改变轨道，再次被助推到遥远的深空。漫长的飞行过程可谓惊险重重，但又精彩绝伦。

天问二号任务周期长达十年（图源：国家航天局探月与航天工程中心）

第三，天问二号如何抵近采样？2016HO3实在是太小太远了，用地球上的测控天线只能支持数十千米级的导航定位精度，根本无法直接帮助天问二号直接抵近。为此，天问二号携带了各类相机、激光与雷达组成的一体化自主导航系统，通过实地观测不断校正二者相对位置，最终实现抵近。而2016HO3又太轻了，但转得又太快，且表面形状和地质地貌尚属未知，基本不存在被它引力捕获稳定着陆的情况。天问二号因此设计了复杂的多臂协作式机械系统，实际上是将自己“捆”在小行星表面，利用触碰采样、悬停采样和附着采样的综合采样方式，取回不低于100 g的样本，属于国内外首创，这样才能确保所取样本的代表性和科学意义。

第四，天问二号如何送回样本？天问二号把样本采完后还需送回，它的返回舱速度必将超过第二宇宙速度（11.7 km/s）冲入地球大气层，这将产生巨大的震动和热量，对返回舱的设计要求显著提升。为此，必须攻克超高温材料设计、气动设计、结构设计、姿态控制、采集样本保护等多个技术难题，才能将最珍贵的“太阳系记忆碎片”送回科学家的手中。

第五，天问二号如何实现更多科学研究？采样是最核心的目标，但如果仅是采样也过于单一。天问二号还携带了可见红外成像光谱仪、热辐射光谱仪、多光谱相机、探测雷达、磁强计、带电粒子与中性粒子分析仪、喷发物分析仪等，对2016HO3和311P实现全方位的“望闻问切”，彻底弄清楚这两个天体的喷发物、几何外形、组成成分、地质地貌、磁场和重力场等，建立它们的最全最综合数据库，形成最全“证件照”。

综上，天问二号肩负着全球科学家们的深切期望，回应着屈原2000多年前的疑问，顺利出发，中国航天为之突破了各方面关键技术，以最先进的能力努力在“振荡天星”上印上中国人的一小步，采集回宝贵的样本送回地球。这是全世界科学家们的科学盛宴，也是中国航天人的技术狂欢。值此佳节之际，我们牵上屈原的跨时空念想，预祝它的十年之旅顺利安康。