为什么要挖小行星？专家解释

为什么要去小行星上挖？专家：这是一次意义重大的“太阳系考古”

北京时间10月21日上午，已经在太空飞行了四年的OSIRIS-REx探测器，成功地从距离地球3.34亿公里的Benu小行星上收集到了一些尘埃和砾石。花了7年时间，花费65亿左右，才从小行星上抓到“一把土”。值得吗？当然可以！据中国航天科工集团第二研究院研究员杨玉光介绍，这是一次意义重大的“太阳系考古”。

中国科学院国家天文台研究员郑永春对此次任务的后续科研充满期待。“冥王星可以收集60克的样本，已经很多了，样本的种类也会很丰富，所以可以进行很多非常系统的研究。估计至少可以研究几十年。”

这颗小行星包含太阳系的古老遗迹

对于地球来说，近地小行星是一个危险的存在。它们在太空中走得很快，不时经过地球，让人心惊肉跳。然而，这些不计后果的家伙并非一无是处。他们还有科学家梦寐以求的东西，比如太阳系最古老的遗迹。

郑永春说，太阳系形成后，尘埃碰撞凝聚形成行星、矮行星等天体，部分粉末碎片成为小行星。相比之下，行星含有许多放射性元素，这些元素会产生热量，导致进化和融化，慢慢地抹杀了太阳系的早期历史。但是能量少热量少的小行星基本上没有进化过，仍然保持着太阳系形成之初的状态。研究它们将有助于探索太阳系的最早特征。

另外，随着空间技术的发展，人类也有了开发利用小行星资源的想法。

出于这些目的，人们开始在广阔的空间中寻找探测目标。杨玉光说，选择目标要考虑几个因素。

从工程角度来说，首先要考虑可行性。比如项目预算中能买多少推力火箭，探测器能发多远，从而划定一个选择范围。如果要降落采样，小行星的转速不能太快，以免增加任务的难度和风险。

同时要考虑检测的价值。太阳系有很多类型，比如近地小行星和主带小行星，它们的轨道分布和组成是不同的。在能力有限的情况下，必须尽量选择以前没有探测到的，具有一定特征，在科学上或未来发展上有足够高价值的小行星作为探测目标。

综合考虑各种因素，1999年发现的编号为1999RQ36的一颗名为—— Benu的近地小行星成为冥王星的探测目标。

国家航天探测技术首席科学通信专家庞志浩表示，Benu是一颗直径近500米的富碳小行星。离地球最近的时候离地球约750万公里。

中国科学院国家天文台研究员刘在一篇文章中介绍说，奔牛节距今已有45亿多年，没有经历过剧烈的变化，这意味着它表面和内部的物质是太阳系诞生时产生的，它的成分很可能含有地球上最早形成生命时的物质。研究这样的小行星将有助于科学家了解早期太阳系，包括地球的形成和生命的起源。

新的“触摸并离开”方法在几秒钟内完成采样

冥王星是美国第一个小行星取样和返回探测器。它于2016年9月9日发射，2018年12月在贝努小行星附近飞行。

庞志浩介绍说，冥王星之行有几个科学目标，包括从贝努表面收集足够的风化层材料，绘制原始含碳小行星的全球特征、化学特征和矿物学分布图，记录采样点风化层的结构、形态、恒星化学和光谱特征。

郑永春说，选择采样区有两个主要要求。第一，希望样本有特色，信息丰富，科学性更高

庞志浩介绍，采样采用“接触分离”法，采样过程只需几秒钟。同时哈迪斯没有降落，而是在接近目标时伸出采样臂，用臂尾的采样器完成采样，然后迅速飞走。这种方法省去了采样前落地固定和起飞前解锁的过程；当探测器惯性下降时，它也提供采样所需的力。

冥王星的采样器使用了新技术。庞志浩说，采样器接触到小行星表面时，会喷出纯氮气，将贝努表面的部分表土吹进回样室。采样器接触地面时，也可以采集一部分样本。冥王星携带三箱氮气，可以满足三次采样尝试。地面模拟试验表明，它可以采集60克以上的样品。

庞志浩表示，采样完成后，冥王星计划于2021年3月回国，并于2023年9月将重46公斤的采样返回舱返回地球。然而，它不会重新进入地球大气层。而是在进入大气层前4小时释放采样返回舱，然后进行避碰机动，让采样返回舱单独返回地面。哈迪斯自己进入了绕太阳的轨道，继续飞行。

月球和小行星取样各有各的困难

冥王星不是第一个对小行星进行采样的人类探测器。

2003年5月，日本发射了隼鸟号探测器。几经周折，大约100毫克的灰尘从伊钦小行星上收集下来，并于2010年6月返回地球。

2014年12月，日本再次发射隼鸟2号探测器。它于2019年2月降落在龙宫小行星上，收集表面样本并发现水合矿物质。同年4月，它向龙宫发射了一枚金属炸弹，然后收集了被激起的材料。目前隼鸟2号正在返航途中，计划在今年年底前将小行星样本送回地球。

与日本这两个小行星采样计划相比，冥王星项目在采样和着陆导航方面采用了全新的技术，大大缩短了伴随距离。此外，60克的样本收集量是阿波罗计划后人类太空中最高的。

近年来，许多国家开始了行星探索计划。中国计划在今年11月下旬发射嫦娥五号探测器，执行月球采样返回任务。那么月球和小行星在着陆采样上有什么区别呢？

杨玉光说，行星或矮行星体积大，有吸引力，它们的着陆和采样方法与小行星任务不同，所以在整个工程设计中是不同的。“从飞行器设计的角度来看，哈迪斯和普通轨道飞行器没有太大区别，主要是增加了一些微重力条件下采样的设备。”杨玉光说，行星巨大的引力会导致探测器非常快地绕轨道运行和降落，给项目带来很大的困难。

然而，小行星取样有许多技术挑战。根据郑永春的说法，小行星在行星科学中被称为“非合作天体”。由于它们几乎没有重力，与探测器也没有相互作用，所以需要依靠探测器的动力来对小行星进行飞行、轨道和着陆，这就对探测器的姿态调整和控制精度提出了很高的要求。

另外，小行星离地球很远，近地点往往在几百万公里，远远大于月球与地球的距离。此外，它们的小目标和高速度使得设计探测任务的轨道更加困难。

据媒体报道，中国也在开发小行星探测的关键技术。根据目前的计划，中国将发射一枚探测器，先绕近地小行星2016HO3飞行，然后择机着陆采样，并将样本送回近地舱释放。然后，探测器继续飞行，借助地球和火星的引力到达小行星带，探测到名为133P的主带彗星。