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最近,歐洲航天局zhong)叫xuan)布,將與美國航空航天局zhi)gong)同進行人類首個全面(mian)的小行星防御演示任務——“小行星撞(zhuang)擊和(he)偏(pian)離(li)評(ping)估”項目。

事實上(shang),近年(nian)來關于小行星的各種(zhong)探測(ce)項目都十(shi)分活躍。據介(jie)紹,中國小行星探測(ce)任務也正在(zai)進行論證工(gong)作,擬完成近地小行星伴飛、附著、取樣返(fan)回和(he)主帶彗星近距離(li)繞飛。

美歐共(gong)同實施的“小行星撞(zhuang)擊和(he)偏(pian)離(li)評(ping)估”項目示意圖。右上(shang)是(shi)歐洲的“赫(he)拉”空間探測(ce)器,左下是(shi)美國的“雙小行星重定向測(ce)試”空間探測(ce)器。


1 行星探測(ce)為何wen)芮qing)睞


小行星探測(ce)之所以在(zai)最近幾年(nian)受(shou)到(dao)世界上(shang)一些國家的重視,是(shi)因為隨著科(ke)學技術(shu)的飛速(su)發(fa)展,科(ke)學家們(men)越來越認識到(dao)探測(ce)小行星具有十(shi)分zhong)匾yao)的意義。

探測(ce)小行星能揭示生命起源,促進基礎科(ke)學發(fa)展。因為小行星是(shi)46億(yi)年(nian)前太陽系(xi)形(xing)成時殘留下來的初(chu)始行星體,保存了太陽系(xi)形(xing)成時的大量珍(zhen)貴信息。探測(ce)小行星可(ke)認識duan) 糲xi)的最初(chu)物質組成,更好地研(yan)究(jiu)太陽系(xi)的形(xing)成和(he)演化。

探測(ce)小行星能促進太空工(gong)業發(fa)展。據悉(xi),每(mei)年(nian)有900多顆(ke)小行星與地球擦身而(er)過,其中不少(shao)蘊藏鉑、鈷(gu)、銠、銥、鋨等(deng)珍(zhen)稀金屬和(he)鐵(tie)、鎳等(deng)礦(kuang)產資源,它們(men)可(ke)以成為潛在(zai)的“地外(wai)礦(kuang)藏”。

探測(ce)小行星能為保護地球安全,建設行星防御體系(xi)奠定基礎。探測(ce)近地小行星,深入了解近地小行星的運動(dong)及(ji)屬性(xing),有利(li)于研(yan)究(jiu)、開發(fa)出防止(zhi)近地小行星撞(zhuang)擊地球的新方法和(he)技術(shu),包括驗證軌道偏(pian)轉等(deng)小天體防御技術(shu)的可(ke)行性(xing),為地球自(zi)身的安全做好預測(ce)和(he)防範,避免人類重蹈當年(nian)小行星撞(zhuang)擊地球造成恐zhi)鵓腦zai)難yan)院蠊/p>

探測(ce)小行星還能成為深入探索太空的基石。小行星可(ke)作為載人登火星的中轉站,因為小行星引力小,從那里(li)出發(fa)去(qu)深空其他星球比較容易(yi)。另外(wai),其上(shang)有豐富的水資源,它可(ke)直接(jie)用于航天員生活或分解成氧(yang)和(he)氫,供航天員呼(hu)吸或作為星際飛船的燃料(liao)使用,幫助人類探索更遙(yao)遠的太空世界。

小行星探測(ce)是(shi)空間探索的前ba)厝re)點,同時也是(shi)高門檻的深空探測(ce)任務。小行星形(xing)狀不規則,平均(jun)直徑只有千米(mi)量級,地貌復雜,引力微弱,表面(mian)溫差大。探測(ce)難點是(shi)“微弱引力、未知環境不確定”等(deng)。近年(nian)來,全球掀起了小行星探測(ce)的新熱(re)潮(chao),由(you)此促進了小行星探測(ce)新技術(shu)的爭奇斗(dou)艷。


2 美日已經先行一步(bu)


探測(ce)灶(zao)神星和(he)谷神星的美國“黎明(ming)”探測(ce)器示意圖

隼鳥2號(hao)登陸龍宮小行星想象圖。

從20世紀90年(nian)代至(zhi)今,美國和(he)日本已yan)群笱yan)制和(he)發(fa)射了多個專用小行星探測(ce)器。它們(men)采(cai)用繞、落(luo)、回的方式對目標小行星進行了較為細致的探測(ce),獲(huo)得了大量有價值的科(ke)學數據。

早在(zai)1996年(nian),美國就率先發(fa)射了世界首個小行星探測(ce)器“尼爾”(意譯為“近地小行星交(jiao)會(hui)”)探測(ce)器。它于2000年(nian)進入愛(ai)神星小行星軌道,這(zhe)是(shi)人類航天器首次成功地進入圍繞小行星運行的軌道。“尼爾”用meng)嗷ji)、激(ji)光測(ce)距儀和(he)無(wu)線電科(ke)學實驗設備等(deng)儀器,確定了shui) 襉塹某嘰紜 柿俊 芏群he)磁場及(ji)岩(yan)石成分。在(zai)探測(ce)任務結(jie)束之際,“尼爾”于2001年(nian)首次wo)雜滄怕降(jiang)姆絞澆jiang)落(luo)到(dao)愛(ai)神星的表面(mian),結(jie)束了長達5年(nian)的太空之旅。在(zai)這(zhe)5年(nian)中,“尼爾”繞愛(ai)神星飛行了1年(nian),共(gong)拍攝了16萬幅(fu)圖片(pian),搜集了比科(ke)學家原先計劃多10倍(bei)的數據,大大超過了預期。

日本也不甘(gan)示弱,于2003年(nian)發(fa)射了“隼鳥”小行星探測(ce)器。它于2005年(nian)飛抵離(li)?(mi)川小行星20千米(mi)的預定軌道,觀測(ce)?(mi)川小行星表面(mian)情(qing)況,收集其成分和(he)地形(xing)wen)蕁4撕笥至(zhi)醬緯曬υzai)?(mi)川小行星表面(mian)短(duan)時間著陸,采(cai)集其表面(mian)的岩(yan)石樣本。其采(cai)樣方式是(shi)通(tong)過著陸時產生的撞(zhuang)擊,吸入飛濺起來的碎(sui)石。最終(zhong),“隼鳥”攜帶小行星樣品于2010年(nian)返(fan)回地球,使日本成為世界上(shang)首個擁有xing)zai)月(yue)球之外(wai)的原始小天體上(shang)著陸、取樣並攜帶其樣品返(fan)回地面(mian)技術(shu)的國家。

美國則在(zai)2007年(nian)發(fa)射了首個用離(li)子推進器完成實用型科(ke)學探測(ce)任務的“黎明(ming)”小行星探測(ce)器,玩兒了一個“一石二鳥”,即分別于2011年(nian)和(he)2015年(nian)先後探測(ce)2顆(ke)小行星——灶(zao)神星和(he)谷神星。目前,“黎明(ming)”仍在(zai)谷神星軌道運行。

日本在(zai)2014年(nian)12月(yue)4日又發(fa)射了隼鳥2號(hao)小行星探測(ce)器。它是(shi)更先進的小行星取樣返(fan)回探測(ce)器,探測(ce)目標是(shi)龍宮小行星,因為該小行星上(shang)可(ke)能有含有機(ji)物質和(he)水的岩(yan)石。

隼鳥2號(hao)采(cai)用了別開生面(mian)的轟擊小行星表面(mian)的技術(shu),來探測(ce)小行星的內部,進一步(bu)確認龍宮上(shang)含礦(kuang)物質、水和(he)有機(ji)物的情(qing)況。它于2018年(nian)6月(yue)進入龍宮小行星軌道後,先對該小行星進行近距離(li)詳(xiang)細觀測(ce)。接(jie)you)牛 蛐︵行潛礱mian)投dou)盤臼窖彩悠骱he)小型著陸器。然後,對小行星表面(mian)進行采(cai)樣。“隼鳥”只采(cai)集了10毫克樣品,隼鳥2號(hao)擬采(cai)集100毫克以上(shang)樣品。後者在(zai)龍宮附近運行1年(nian)半,完成任務後,已于2019年(nian)11月(yue)飛離(li)龍宮;再(zai)用約1年(nian)時間,即2020年(nian)末返(fan)回地球。

2016年(nian)9月(yue)9日,美國首個小行星采(cai)樣返(fan)回探測(ce)器——“奧西(xi)里(li)斯(si)-雷克斯(si)”升空,目標是(shi)對貝努(nu)小行星進行采(cai)樣返(fan)回探測(ce)。它于2018年(nian)8月(yue)抵達貝努(nu),並在(zai)環繞貝努(nu)的軌道上(shang)對其進行全球表面(mian)成shang)窆鄄ce),展開為期兩年(nian)的科(ke)學研(yan)究(jiu)。美國已于2019年(nian)12月(yue)選定了貝努(nu)小行星采(cai)樣點,在(zai)2020年(nian)8月(yue),該探測(ce)器將使用機(ji)械臂末端的采(cai)樣器采(cai)集60克至(zhi)2千克的貝努(nu)表面(mian)風化層樣品,2023年(nian)把(ba)樣品帶回地球供科(ke)學家研(yan)究(jiu)。貝努(nu)是(shi)富碳小行星,科(ke)學家預測(ce)這(zhe)顆(ke)小行星在(zai)2169年(nian)-2199年(nian)間撞(zhuang)擊地球的概率為0.071%,撞(zhuang)擊地球的危險性(xing)目前排(pai)在(zai)第(di)二位。


3 美歐合作實施防撞(zhuang)擊項目


歷史上(shang)曾發(fa)生過多次小行星撞(zhuang)擊地球的事件,向地球人敲(qiao)meng)熗司 櫻 yao)加速(su)研(yan)究(jiu)如何防止(zhi)近地小行星撞(zhuang)擊地球的方法和(he)技術(shu),因為小行星撞(zhuang)擊地球是(shi)世界四大突發(fa)巨大災(zai)難之一,早晚有一天會(hui)猛烈yi)zhuang)擊地球。為此,科(ke)學家很(hen)早就開始研(yan)究(jiu)如何防止(zhi)小行星撞(zhuang)擊地球。

今年(nian)11月(yue),歐洲航天局zhong)角┤鸚 椋  朊攔 質凳┤死嗍贅鋈 mian)的行星防御演示任務——“小行星撞(zhuang)擊和(he)偏(pian)離(li)評(ping)估”的項目。

其初(chu)步(bu)計劃是(shi),美國在(zai)2021年(nian)7月(yue)發(fa)射“雙小行星重定向測(ce)試”空間探測(ce)器,它于2022年(nian)10月(yue)到(dao)達迪(di)xi)夏 si)雙小行星系(xi)統(由(you)一顆(ke)直徑775米(mi)的迪(di)xi)夏 si)小行星和(he)一顆(ke)直徑為165米(mi)的天然小衛星組成),隨後俯沖撞(zhuang)擊其中的天然小衛星。地球上(shang)xi)耐毒到(dao) 鄄ce)這(zhe)次撞(zhuang)擊如何影響天然小衛星及(ji)其迪(di)xi)夏 si)小行星的軌道,以評(ping)估“動(dong)能沖擊器”偏(pian)轉小行星策略的有效性(xing)。

2023年(nian)或2024年(nian),歐洲航天局將發(fa)射“赫(he)拉”空間探測(ce)器,它于兩年(nian)後進入迪(di)xi)夏 si)雙小行星系(xi)統。“赫(he)拉”上(shang)xi)牧嬌ke)立方星將收集有關迪(di)xi)夏 si)小行星的各種(zhong)數據,觀察高速(su)撞(zhuang)擊小行星後產生的影響,其中的“小行星勘察器”立方星用于研(yan)究(jiu)兩顆(ke)小行星的內部結(jie)構gou)he)表面(mian)成分,“禹文塔(ta)斯(si)”立方星則用于研(yan)究(jiu)天然小衛星的結(jie)構gou)he)引力場。


4 中國小行星探測(ce)  任務正在(zai)論證


嫦(chang)娥2號(hao)拍攝的圖塔(ta)蒂斯(si)小行星。

2012年(nian)12月(yue)13日,執行完探月(yue)任務的嫦(chang)娥2號(hao)探測(ce)器通(tong)過變軌在(zai)深空與圖塔(ta)蒂斯(si)小行星交(jiao)會(hui),並用星載監視相機(ji)對該小行星進行了si)庋?上(shang)瘢 zhe)不僅是(shi)我(wo)國首次wen)迪(di)xian)對小行星的飛越探測(ce),也是(shi)國際上(shang)首次wen)迪(di)xian)對圖塔(ta)蒂斯(si)小行星的近距離(li)探測(ce),使我(wo)國成為第(di)4個探測(ce)小行星的國家。

目前,我(wo)國科(ke)學家已制定了專門的小行星探測(ce)計劃,即以伴飛、附著、取樣返(fan)回等(deng)探測(ce)方式,對近地目標小行星進行整體性(xing)探測(ce)和(he)局部區(qu)域的分zhi)觥F淇ke)學目標為︰精確測(ce)定近地小行星軌道參(can)數、自(zi)轉參(can)數和(he)形(xing)狀大小等(deng)物理參(can)數,為規避小行星撞(zhuang)擊地球提供科(ke)學依據;測(ce)量目標小行星的形(xing)狀、大小、表面(mian)形(xing)態、自(zi)轉狀態等(deng)基本性(xing)zai)剩 嬤菩︵行塹牡匭xing)地貌圖,建立其形(xing)狀結(jie)構模型;獲(huo)取小行星整體和(he)局部形(xing)貌、礦(kuang)物含量、元素種(zhong)類、次表層物質成分、空間風化層、內部結(jie)構等(deng),為太陽系(xi)起源與演化提供重要(yao)線索;探測(ce)小行星次表層以下的有機(ji)物、水等(deng)可(ke)能的生命信息,深化生命起源的認識;獲(huo)取小行星臨近空間環境參(can)數,研(yan)究(jiu)太陽風對小行星表面(mian)的空間風化作用。

據中國空間技術(shu)研(yan)究(jiu)院研(yan)究(jiu)員、小天體探測(ce)項目技術(shu)負責人黃江川介(jie)紹,中國小行星探測(ce)任務正在(zai)進行論證工(gong)作,擬完成近地小行星伴飛、附著、取樣返(fan)回和(he)主帶彗星近距離(li)繞飛。我(wo)國將發(fa)射一個探測(ce)器環繞小行星2016HO3飛行,擇(ze)機(ji)附著小行星表面(mian)、采(cai)集小行星樣品,返(fan)回地球附近釋放返(fan)回艙,將樣品送(song)回地球。隨後,探測(ce)器將繼續飛行,借助地球和(he)火星引力到(dao)達主小行星帶,對zai)鞔縲33P開展原位探測(ce)。

黃江川說,據地面(mian)觀測(ce)推測(ce),小行星2016HO3自(zi)轉很(hen)快,大約ji)冑 弊 恢塴P︵行牆jie)構通(tong)常較為松散,要(yao)在(zai)快速(su)轉動(dong)的小天體上(shang)著陸,難度很(hen)大。完成對這(zhe)個近地小行星探測(ce)後,探測(ce)器還要(yao)飛往主帶彗星133P,這(zhe)兩個探測(ce)任務之間的餃接(jie)難度也不小,探測(ce)工(gong)作頗具挑戰(zhan)性(xing)。 

(咸(xian)寧日報綜(zong)合) 


編(bian)輯︰hushaopeng

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