“蜻蜓撼石柱”——美国探测器成功采样小行星“贝努”

作者：兰顺正

首发自：《太空探索》2020年第12期

在美国东部时间2020年10月20日18:12，美国国家航空航天局（NASA）发射的“奥西里斯-REx”探测器以每秒10厘米的缓慢速度，成功降落在近地小行星“贝努”（Bennu）的表面并采集样本，这也是美国首次采集到小行星样本。

“贝努”小行星编号为101955，其名称来源于古埃及神话中的不死鸟，有45亿年历史。“贝努”只有510米宽，由一些破碎的巨石组成，这是迄今为止人类所有航天器探测的最小号天体，其轨道位于地球和火星之间，近日点在地球公转轨道以内，目前距离地球约3.2亿公里。科学界认为，小行星自太阳系生成之初构成元素就比较稳定，类似贝努的小行星可能曾为地球提供水和有机化合物，可能富含有价值的资源和贵金属。因此研究贝努将增加人类对行星形成及地球生命起源的了解，为将来进一步探索太阳系打下基础。

“奥西里斯-REx”探测器英文全名为“起源、光谱释义、资源识别与安全-风化层探测器”，于2016年9月发射升空由NASA发射升空，是美国首个小行星取样任务，该探测器在2018年12月抵达“贝努”小行星，开始近两年的绕行，首要任务就是采集样本，寻找太阳系形成乃至生命起源的线索。

为实施这次采样行动，该探测器自2018年起一直在绕贝努做轨道运行，对其进行详细研究，以搜寻最佳采样地点，探测器为此开展了多次额外的近距离飞越观测。最后地面团队在去年12月将采样地点确定为位于贝努的北半球一处直径16米名为“夜莺”的陨石坑。按照任务首席专家劳雷塔的解释，夜莺坑地处高纬度，能避开更靠近赤道位置的大昼夜温差，从而让有机物和含水矿物有更大的机会得以保存下来。另外那里有很多细颗粒物，容易被采样机构吸取。而且夜莺本身形成的年代并不久远，意味着探测器应能提取到最近才被翻出来的样品。

据报道，整个采样过程持续约4.5小时，任务团队远程操作，探测器自动完成。由于“贝努”引力很小，因此探测器无法直接降落在其表面。探测器首先点燃推进器，脱离绕“贝努”运行轨道，缓缓靠近贝努表面。下降过程中，其太阳能电池板在探测器上方以Y字形翼状展开，以避免接触到贝努表面。随后，探测器采取“一触即走”式采样：探测器喷出加压氮气吹起“贝努”表面的尘土和小卵石，使这些进入探测器长达3.35米机械臂末端的样品收集器，整个接触时间仅数秒。NASA科学家估计，机械臂掘进贝努粗糙、易碎表面48厘米深，采集了大约400克样本。在完成采样任务后，探测器点燃助推器飞离小行星至安全距离。不过随后又出现了一个“插曲”，按计划“奥西里斯-Rex”探测器此次会收集最少60克、最多2公斤的样本带回地球，所以探测器原本会在10月24日实施一个缓慢旋转动作，通过测量采样前后转动惯量的差异来测定样品重量，以保证采到了至少60克的物质，且能将其存放好。若未采到样品或是采样数量不够，探测器将可能再做两次尝试。但在23日NASA紧急召开新闻发布会，称由于在贝努表面采样过多，一块岩石卡住“奥西里斯-Rex”收集样本的容器盖子，导致容器无法闭合，一些碎石样本泄漏到太空。为此NASA取消了原定样本称重环节，下令样本容器尽快进入返回舱。

到目前为止，只有日本的“隼鸟”系列探测器成功在小行星上进行了取样，其“隼鸟一号”探测器已经第一个将小行星样本带回地球。“隼鸟二号”预计在2020年12月6日携带大约三百万分之一盎司的样本从小行星“龙宫”返回地球。而“奥西里斯-Rex”将于2023年9月从地球近旁飞过时把样本舱弹出送回地球，如果成功的话，“奥西里斯-REx”不但将与日本的“隼鸟”系列探测器一起载入小行星探索史册，而且还会成为自阿波罗任务带回月球样本以来，人类从太空带回样本量最大的采样任务。

另外，“贝努”虽然体积很小，却已被自动化监测危险近地天体系统列为撞击地球最高危的潜在危险小天体。预测其2175～2199年期间，其撞击地球几率为1/2700。所以此次对于“贝努”的探测除了有助于验证太阳系形成理论，以及探究小行星与地球生命形成的关系外，科学家也希望通过研究贝努找到更多对地球具有潜在威胁的小行星，了解它们的轨道和物理特征，在此基础上研究如何保护地球免受撞击危险，这对于人类未来免受“灭顶之灾”显得非常重要。