NASA探测器将从小行星上抓取史上最大岩石样本距离地球超过3亿公里

腾讯科技讯 美国当地时间10月20日，美国宇航局（NASA）探测器OSIRIS-REX将执行一项具有里程碑意义的任务，即从距离地球3亿多公里远的小行星上抓取史上最大的岩石样本，并最终将其送返地球，以供科学家们在实验室中进行研究。

OSIRIS-REX于2016年9月发射升空，花了两年时间前往名为Bennu、体积比美国帝国大厦还要大的小行星。自2018年抵达以来，这艘探测器始终在围绕小行星旋转，并对其进行极其详细的测绘，以期找到合适的地点来采集样本。

这是NASA首次从小行星上采集样本并将其带回地球计划的一部分。现在，经过多年的计划和演练，OSIRIS-REX团队终于准备好了抓住部分小行星岩石。这艘探测器将伸出一个细长的机械臂，轻轻地拍打Bennu的表面，并将少量物质带回探测器内部。

将小行星上的原始物质样本带回地球，就像给科学家提供了一张太阳系的婴儿照片。研究人员认为，自从太阳系的行星诞生以来，小行星相对保持不变。通过用实验室设备研究这些样本，他们可以更多地了解太阳系诞生时存在的物质。

但是，如果OSIRIS-REX不能完成其最重要的任务，这一切都不可能发生，这就是为何其采集任务对整个团队来说如此重要的原因。由于目前向OSIRIS-REX发出信号需要长达18分钟的延迟时间，因此探测器必须自己执行所有操作。

洛克希德·马丁公司OSIRIS-Rex的任务支持经理桑迪·弗洛因德(Sandy Freund)说：“我们真的必须放手。这艘探测器必须是自动驾驶的，并且能够自己处理所有事情。”

收集这个样本是一个微妙的操作过程。在过去的几年里，这需要大量的额外准备和工作。那是因为Bennu原来是个非常令人惊讶的天体。OSIRIS-REX发射前由多台望远镜收集的数据显示，Bennu的表面看起来像海滩一样，充满了许多易于收集的细小颗粒。工程师们在设计探测器及其导航软件时，就将这种小行星作为最理想的样本采集目标。

随后，OSIRIS-REX抵达Bennu幅近，并拍摄了这颗小行星的第一张近距离特写照片。弗洛因德说：“当我们看到Bennu的表面时，我们就知道，我们将不得不改变我们的方法。”Bennu比大家想象的要粗糙得多，岩石体积也比大家想象的要大得多，表面点缀着如同建筑物大小的巨石。多岩石的地形可能很难导航，如果探测器接触到特别大的巨石，可能会倾覆并偏离航线。

然而，团队已经为在Bennu任务突然出现意想不到的情况时做好准备。亚利桑那大学OSIRIS-Rex任务的首席研究员但丁·劳雷塔(Dante Lauretta)称：“在开发过程中，我放了Bennu的形状模型，我说：‘这就是我们设计的目的地’，然后我在它旁边打了一个大大的问号，说‘这就是我们要得到的’，我们知道有些事情会让我们大吃一惊。”

Bennu表面布满超大岩石意味着，OSIRIS-REX团队不得不在他们的航天器上添加些额外的软件。他们延长了任务时间，并花了额外的时间创建Bennu表面的3D地图，构建了位于小行星上的所有岩石、巨石和凸起的目录。当探测器接近Bennu时，它将严重依赖这个目录作为参考指南来抓取样品。

劳雷塔表示：“探测器拍摄了照片，并将它们与目录进行比较，它会注意到：‘我原以为这块石头会在这里，但实际上它向西移动了一米。这意味着原定计划需要改变。’”在这种情况下，OSIRIS-REX将相应地调整其位置和速度，这样的系统可以让航天器在进行最终样品抓取时更加精确。

研究人员还赋予了OSIRIS-REX自己的方法，如果情况变得危险，可以中止样本采集程序。这艘探测器上的3D地图中包括一张所谓的“危险地图”，当OSIRIS-REX接近小行星时，它会精确指出所有可能给探测器带来问题的巨石和岩石。如果OSIRIS-REX认为自己正在接近这些危险之一，它可以自行决定停止采样过程，并加速离开小行星。

装备了这些工具，OSIRIS-REX探测器几乎准备好从Bennu的目标地点，即一个名为南丁格尔的大陨石坑抓取样本。这个陨石坑中充满了大量的巨石和锯齿状的岩石，这可能会破坏任务。但研究小组愿意冒这个险，因为他们认为这一地区可能是在Bennu上寻找水和有机材料的最佳地点。事实上，最近对该区域的一项研究发现，与生物生命相关的碳分子很可能潜伏在陨石坑中。这并不意味着Bennu上存在生命，但它可能意味着生命的基石可能存在于这颗小行星上。毕竟当太阳系刚刚诞生的时候，它们也就在附近。

今年，OSIRIS-REX团队进行了两次演练，让探测器接近Bennu的表面，就像它即将抓取样本一样。在第二次演练时，OSIRIS-REX距离小行星只有40米左右。在美国东部时间20日下午6点12分，这艘探测器将执行样本采集任务，用它的机械臂一直延伸到小行星表面。作为计划的一部分，机械臂末端的一个圆柱形装置将轻拍南丁格尔陨石坑上的一个小点，持续5秒钟，并释放出一股氮气。这应该会将几块岩石推入圆柱体中，而圆柱体最终将被收回OSIRIS-REX内部。

如果由于某种原因，OSIRIS-Rex经历了整个过程而没有成功抓取样本，任务团队当然可以再试一次。如果有必要，他们有足够的燃料在Bennu附近待到明年5月份。唯一的限制因素是探测器上携带的氮气数量。OSIRIS-REX上只有三瓶氮气，每次取样都会释放一整瓶氮气。因此，在现实中，OSIRIS-REX只能尝试三次样本采集行动。弗洛伊德说：“除非我们接触到小行星表面，否则我们不会打开瓶子。”

也有可能OSIRIS-REX会接近并决定因为某块危险的岩石而中止任务。如果发生这种情况，并且没有释放氮气，那么研究小组仍然可以选择进行三次完整的采样尝试。然而，问题是，他们可能需要选择另一个地点来在这颗小行星上采样。在发生危险的情况下，OSIRIS-REX探测器将需要启动推进器来远离小行星，尽管这可能会让事情变得有点儿混乱。

亚利桑那大学OSIRIS-Rex任务的首席研究员但丁·劳雷塔(Dante
Lauretta)说：“届时机械臂可能会将某些东西推来推去，这就需要改变地点。”这将使团队为南丁格尔陨石坑采集任务而绘制的地图完全无效。不过，工程师们有多个备份采样地点。如果南丁格尔陨石坑的尝试失败，他们会转移到名为Osprey的地方，那里实际上没有第一个目标那么颠簸。如果Osprey的采集也失败，还有其他地方可以试试。

但是，如果样本采集成功，那么OSIRIS-REX团队就可以从小行星上带回有史以来最大的岩石样本。日本的两艘探测器Hayabusa和Hayabusa
2以前也从小行星上采集过样本，但数量太少。第一艘探测器带回的岩石样本不到1毫克，而第二艘目前正在返回地球的途中，可能会带回大约100毫克的样本。Osiris-Rex将试图从Bennu获得多达60克的样本，而这艘探测器原本有能力抓取多达2公斤的重量。

根据OSIRIS-REX带来的惊喜有多大，任务团队可能会决定是否进行第二次尝试，以获得更多的样本。但如果他们确定已经获得了多达60克的样本，那么他们就会开始准备返航，并计划在3月份离开Bennu。这将开始为期两年的返回地球之旅做准备，样本将于2023年9月空降到犹他州沙漠。（腾讯科技审校/金鹿）