日本“隼鳥(niǎo)”大鬧“龍宮”：890萬(wàn)年歷史的小行星像塊狀速溶咖啡粉

未來(lái) 20 年，其他國(guó)家應(yīng)該無(wú)法做到。

近日，日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的小行星探測(cè)器、吉尼斯紀(jì)錄認(rèn)定的“世界首架從小行星帶回物質(zhì)的探測(cè)器”「隼鳥(niǎo)號(hào)」（Hayabusa）的后繼探測(cè)器「隼鳥(niǎo) 2 號(hào)」（Hayabusa 2）傳回照片，再次助力人類對(duì)地球起源、演化進(jìn)程的認(rèn)知。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間 2020 年 3 月 16 日、19 日，隼鳥(niǎo) 2 號(hào)對(duì)“龍宮”（Ryugu）的探測(cè)活動(dòng)相關(guān)研究成果先后登上 Nature、Science，JAXA 官網(wǎng)也對(duì)其進(jìn)行了大篇幅報(bào)道。

“龍宮”具有非常蓬松的多孔結(jié)構(gòu)

雷鋒網(wǎng)了解到，隼鳥(niǎo) 2 號(hào)探測(cè)器搭載的遙感儀器主要有光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)（ONC，含 1 個(gè)遠(yuǎn)望相機(jī) ONC-T 和兩個(gè)寬角相機(jī) ONC-W1、ONC-W2）、熱紅外成像儀（TIR）、近紅外光譜儀（NIRS3）、光探測(cè)和測(cè)距（LIDAR）和 SPICE 內(nèi)核（用于存檔軌道、形態(tài)等輔助數(shù)據(jù)）。

而上述登上 Nature 的論文主要依據(jù)于隼鳥(niǎo) 2 號(hào)熱紅外成像儀（TIR）傳回的“龍宮”單轉(zhuǎn)熱像圖。

研究人員對(duì)其進(jìn)行分析推測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，“龍宮”表層的巖塊和周邊土壤的溫度差不多，且其溫度日變化很小，其導(dǎo)出的熱慣量較低，約為 300J m-2 s-0.5K-1（300 tiu）。

由此可見(jiàn)，“龍宮”表面的巖塊和周邊土壤都是多孔物質(zhì)，正如研究人員表示：

“龍宮”看起來(lái)像是由速溶咖啡粉匯集成的塊狀。

值得一提的是，研究人員曾預(yù)測(cè)“龍宮”表面由風(fēng)化層和致密的巨礫組成，而這一發(fā)現(xiàn)與其預(yù)測(cè)恰好相反。一方面，低熱慣性表明，“龍宮”表面的巨礫比典型的碳質(zhì)球粒隕石（carbonaceous chondrites）更多孔，且周?chē)采w有直徑大于 10 厘米的多孔碎片。另一方面，較為平均的日溫度分布還表明其表面粗糙度效應(yīng)較強(qiáng)。

下圖中，左側(cè)為“龍宮”一天中最高溫度的分布，右側(cè)為“龍宮”各地點(diǎn)一天的溫度變化（實(shí)線）及其基于理論計(jì)算的預(yù)測(cè)值（虛線）的比較。

此外，研究人員認(rèn)為，像地球這樣的巖石天體于太陽(yáng)系初期由軟綿綿的塵埃聚集生長(zhǎng)形成。基于此，“龍宮”也可能正處于由軟綿綿的塵埃形成稠密天體的過(guò)程中—;—;“龍宮”是由其母體的沖擊碎片形成的碎石堆，其微孔率約為 30%-50%，固結(jié)程度很低。

如下圖，研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)龍宮的形成過(guò)程如下：

軟綿綿的灰塵聚集生長(zhǎng)；

微行星形成，密度很低；

微行星進(jìn)一步生長(zhǎng)，形成母天體，中心密度增大；

天體撞擊破壞母天體，外側(cè)物質(zhì)飛散，中央部分的物質(zhì)露出；

飛散的巖塊再次聚集，巖塊間孔隙較大，但也包括一部分密度較大的巖塊，自轉(zhuǎn)較快，其“赤道”附近膨脹；

由于某種原因，自轉(zhuǎn)變慢，軌道也發(fā)生變化，形成如今的“龍宮”。

“龍宮”約有 890 萬(wàn)年歷史

2019 年 4 月，隼鳥(niǎo) 2 號(hào)向小行星“龍宮”表面投下一枚撞擊器，在龍宮上制造了一個(gè)人造撞擊坑，旨在保證小型攜帶式探測(cè)器（Small Carry-on Impactor，SCI）能夠在這一人造撞擊坑中順利著陸，從而采集“龍宮”地下深處的樣本。

雷鋒網(wǎng)了解到，所謂 SCI 實(shí)際上就是一顆 4.4 磅（2 公斤）重的銅質(zhì)炮彈，它在行星上的速度為每小時(shí)約 4475 英里（7200 km/h）。SCI 炸出的坑約 47.5 英尺（14.5 米），邊緣凸起，中間為一個(gè)約 10 英尺（3 米）寬、2 英尺（0.6 米）深的圓錐形坑。

對(duì)此，研究人員表示：

我非常驚訝，這個(gè)隕石坑比我們?cè)诘厍蛏夏M時(shí)的隕石坑大 7 倍左右。

實(shí)際上，SCI 從釋放到爆炸需要 40 分鐘，隼鳥(niǎo) 2 號(hào)為“保命”會(huì)在這段時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)離“龍宮”，并掐好時(shí)間準(zhǔn)時(shí)扔下一個(gè)分離相機(jī) DCAM3，拍攝下撞擊爆炸的全過(guò)程以及由此產(chǎn)生的噴射物。

據(jù)悉，分離相機(jī) DCAM3 共有兩個(gè)鏡頭：

DCAM3-A：用于拍攝低分辨率照片，配套的 A 天線實(shí)時(shí)將照片無(wú)線傳回給隼鳥(niǎo) 2 號(hào)；

DCAM3-D：用于拍攝高辨率數(shù)碼照片，配套的 D 天線非實(shí)時(shí)將照片無(wú)線傳回給隼鳥(niǎo) 2 號(hào)。

而研究團(tuán)隊(duì)刊登在 Science 上的研究成果表明，DCAM3 在碰撞后約 8 分鐘內(nèi)成功拍攝到的碰撞區(qū)域照片， 有利于闡明“龍宮”的發(fā)展史。

研究人員發(fā)現(xiàn)，噴射物簾幕（雷鋒網(wǎng)(公眾號(hào)：雷鋒網(wǎng))注：即噴射物的外邊緣）是不對(duì)稱的、異質(zhì)的，并且從未完全從表面分離過(guò)。

同時(shí)，這一隕石坑所處的區(qū)域受重力（約為地球的八萬(wàn)分之一）影響，這意味著隕石坑的生長(zhǎng)受重力而非表面強(qiáng)度的限制。

基于上述信息，研究人員對(duì)“龍宮”在小行星帶逗留的時(shí)間有了新的認(rèn)知。在此前使用隕石坑尺寸頻率分布的估算中，由于不同估算方法得出的差距相當(dāng)大，研究人員認(rèn)為這一逗留時(shí)間在約 600 萬(wàn)年約 2 億年不等。而基于此次的研究發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，“龍宮”的小行星帶停留時(shí)間為 640～1140 萬(wàn)年，并預(yù)測(cè)它大約有 890 萬(wàn)年的歷史。

【碰撞前后的對(duì)比圖】

利用非載人宇宙飛船研究小行星

所謂小行星，是指太陽(yáng)系內(nèi)類似行星環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)、但體積和質(zhì)量比行星小得多的天體。截至 2018 年，人類已在太陽(yáng)系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了約 127 萬(wàn)顆小行星。

不過(guò)，小行星個(gè)頭較?。ㄗ畲蟮男⌒行侵睆揭仓挥?1000 公里左右，微型小行星則只有鵝卵石一般大?。?，自身不發(fā)光，絕大多數(shù)小行星都無(wú)法用肉眼看見(jiàn)，在天文望遠(yuǎn)鏡里也頂多是一個(gè)小亮點(diǎn)。因此，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，從 1997 年開(kāi)始，人類開(kāi)始利用非載人宇宙飛船對(duì)小行星進(jìn)行研究。

在非載人宇宙飛船對(duì)小行星的研究史中，日本隼鳥(niǎo)小行星探測(cè)器可謂是一次壯舉。

隼鳥(niǎo)號(hào)于 2003 年 5 月 9 日發(fā)射，于 2010 年 6 月 13 日返回地球。在 7 年的宇宙旅行中，隼鳥(niǎo)號(hào)穿越了近 60 億公里路程。這是人類第一次對(duì)地球有威脅性的小行星進(jìn)行物質(zhì)搜集的研究，也是首個(gè)把小行星物質(zhì)帶回地球的任務(wù)，因此被吉尼斯紀(jì)錄認(rèn)定為“世界上首架從小行星上帶回物質(zhì)的探測(cè)器”。

不過(guò)，在隼鳥(niǎo)號(hào) 2005 年抵達(dá)距離地球約 1.8 億英里(約 2.9 億公里)的小行星“系川”后，未能成功釋放著陸器，歷經(jīng)波折最終取到了少量樣品，并安全帶回地球。

而作為隼鳥(niǎo)號(hào)的后繼探測(cè)器，隼鳥(niǎo) 2 號(hào)的使命是—;—;在掃清技術(shù)上的問(wèn)題點(diǎn)和課題后進(jìn)行真正的探索，目標(biāo)便是“大鬧龍宮”。

實(shí)際上，小行星“龍宮”（1999 JU3）是一顆 C 型（碳質(zhì)）巖石小行星，直徑大約只有一公里。許多科學(xué)家認(rèn)為，這類巖石小行星可能在很久以前與地球的碰撞中，將生命的基本構(gòu)成元素送到了地球上，因此被認(rèn)為見(jiàn)證了太陽(yáng)系最初的形成。

國(guó)際上，小行星的命名權(quán)屬于發(fā)現(xiàn)者，“龍宮”是由日本科研人員發(fā)現(xiàn)的。在一個(gè)名為《浦島太郎》的日本民間故事中，浦島太郎去往海底龍宮，并帶回了一個(gè)寶盒回到人間，“龍宮”這個(gè)名字正是來(lái)源于此，寓意著隼鳥(niǎo) 2 號(hào)探測(cè)器能從小行星帶回珍貴的信息順利返回地球。

截止目前，隼鳥(niǎo) 2 號(hào)探測(cè)器對(duì)“龍宮”探索之旅的大致時(shí)間線如下：

2014 年 12 月 3 日，隼鳥(niǎo) 2 號(hào)由一枚 H-2A 火箭從種子島宇宙中心成功發(fā)射；

2018 年 6 月底，抵達(dá)“龍宮”；

2019 年 2 月，在“龍宮”著陸，收集“龍宮”表面樣本并發(fā)現(xiàn)了水合礦物質(zhì)；

2019 年 4 月，向“龍宮”表面發(fā)射金屬?gòu)棧瓷衔?SCI），造成了撞擊坑，探測(cè)器收集了被金屬?gòu)椉て鸬挠嘘P(guān)物質(zhì)，計(jì)劃將其帶回地球進(jìn)行分析。；

2019 年 11 月 13 日，啟動(dòng)用于控制姿勢(shì)和軌道的化學(xué)噴射引擎，正式由“龍宮”出發(fā)踏上歸程；

2019 年 12 月初，逐漸擺脫“龍宮”引力，使用推進(jìn)器，為返回地球加速；

2020 年 11 至 12 月，若返航順利，屆時(shí)將到達(dá)地球附近，并將“龍宮”地下物質(zhì)樣本扔到南澳大利亞沙漠某處。

2019 年，名古屋大學(xué)教授渡邊誠(chéng)一郎曾在記者會(huì)上表示：

就算只是帶回表面物質(zhì)，也將是豐碩的成果，但隼鳥(niǎo) 2 號(hào)還要將地下的物質(zhì)一起帶回，這對(duì)于深入了解小行星十分重要。未來(lái) 20 年，其他國(guó)家應(yīng)該無(wú)法做到。

隨著研究團(tuán)隊(duì)得到的數(shù)據(jù)、信息越來(lái)越多，探測(cè)器返回地球的時(shí)間也逐漸臨近，雷鋒網(wǎng)祝愿這一任務(wù)圓滿成功，為人類對(duì)小行星的探索再次邁出關(guān)鍵一步。