最远的“追星族”：探索太阳系演化与地球生命起源

这张小行星贝努的照片是由冥王星飞船在2018年12月2日拍摄的12张照片拼接而成，离小行星24公里。资料来源:美国航天局

■本报见习记者程，见习记者迟晗。

经过两年多的太空“旅行”，宇宙飞船OSIRIS-REx终于在2018年底抵达小行星贝努鸟。令负责这次取样任务的科研小组特别兴奋的是，他们“观察到了水”。

最近，该小组在《自然》杂志上发表了七篇论文，介绍了冥王星在接近北冕和到达的早期阶段的探测数据和分析结果，包括其主要参数，如形状、密度和自转速率。

文章作者之一、冥王星项目研究小组成员、美国行星科学研究所研究员邹·小椴向《中国科学新闻》透露了他们如此兴奋地“观察水”的原因:大量含水矿物的存在证实了碳质球粒陨石的形成早于预期，代表了太阳系的原始形成物质。换句话说，本奴包含了生命起源的秘密。

小行星撞击地球的威胁。

小行星贝努(编号101955)是由麻省理工学院林肯实验室的近地小行星调查项目“线性”发现的。它被选为冥王星任务的目标，因为它是一个危险的近地天体，非常神秘。用南京航空航天大学新航天技术实验室教授李爽的话来说，“由于地球引力场的影响，伯努瓦很可能与地球发生碰撞”。

这一说法得到了欧洲航天局数据的支持。

根据欧洲航天局发布的数据，伯尔尼的轨道可能非常接近地球。例如，在2060年9月23日，奔牛离地球只有75万公里。如果奔牛在接近地球时穿过重力锁眼区域，它的轨道发生了变化，那么它下次飞向地球时可能会与地球相撞。据预测，2175年，本奴与地球相撞的可能性最大。

“地球附近有大量潜在危险的小行星。相关的小行星探测任务可以验证小行星防御技术，提高小行星防御能力，确保人类安全。”李爽告诉《中国科学》，这是冥王星使命的重要意义之一。同时，它可以促进新的空间技术(如离子推进、轨道设计技术等)的测试和开发。)。小行星上丰富的矿产资源也使它们具有经济价值。

冥王星探测器于2016年9月在返回地球之前，在北努进行了超过12个月的科学研究。

邹小椴告诉《中国科学报》，这是美国第一次小行星样本返回任务，也是继新视野和朱诺之后美国宇航局太阳系行星研究项目的另一个10亿美元的新前沿项目。其主要目标包括研究小行星的起源和提高小行星轨道预测的准确性。"该项目的命名也反映了这些科学目标:起源、光谱解释、资源鉴定、安全和土壤探索者."

揭示生命起源的秘密

说到冥王星的科学目标之一的起源，除了小行星的起源，研究生命的起源更为重要。

“小行星是太阳系开始时形成的天体。它们分布在从地球轨道内侧到太阳系边缘的广阔空间中。它们数量众多，种类繁多。”李爽说，对小行星的组成和物理特征进行科学探索，对于研究太阳系的演化和生命起源等科学问题具有重要意义。

文章开头提到的“水”的发现验证了研究生命起源这一科学目标的可行性。

冥王星航天器上的可见光和红外光谱仪以及热辐射光谱仪揭示了含有羟基(由氧原子和氢原子组成)的分子的存在。

“我们推测，这些羟基存在于整个小行星的含水粘土矿物中，这意味着本努的岩石物质与水发生了相互作用。”邹小椴说，尽管本努太小，无法维持液态水，但这一发现确实表明液态水有时出现在本努的母行星一颗更大的小行星上。

作为回应，美国航天局戈达德航天飞行中心仪器科学家艾米·西蒙还说，整个小行星中水合矿物的存在证实了本奴是太阳系早期形成的残余，也是研究原始挥发物和有机物组成的绝佳样本。当这些样本返回地球时，它们将成为科学家研究太阳系历史和演化的重要宝库。

值得一提的是，科学家们还在历史上第一次观察到近地小行星“本努”喷射出的小石块。人们过去认为近地小行星应该是“干燥的”，因为它们的轨道非常靠近太阳。它们不可能像彗星一样活跃并爆发。他们面前的小行星就像一堆在太空中游荡的碎石。”邹对说:

“当我们第一次发现它的时候，我们开玩笑说,‘如果我们知道benu会喷石头，带着一个购物袋绕轨道飞行，两年后我们就会满载而归。没有必要设计如此麻烦的飞行控制策略来对表面进行采样。但事实上，该小组非常清楚这种情况对卫星原始计划的取样有多危险，如果不小心，飞船可能会损坏。贝努小行星既是惊喜也是震撼，这可能是太空探索的乐趣。"

至少60克样本将被带回地球

经过1.1亿公里的漫长旅程，冥王星飞船于2018年12月3日抵达距本努19公里的位置。在接近目标的飞行阶段，除了将两个分光计对准其表面进行科学探测之外，它还确认了benu的地基望远镜观测，并确认了冥王星项目研究小组负责人Mike nolan和他的合作者在2013年开发的原始模型。

该模型准确地预测了小行星的实际形状，伯努瓦的直径、转速、倾角和整体形状与图像几乎一致邹对说:本努的表面混合了相当多的岩石，其中一些是巨石填充的区域，一些是没有巨石的相对平滑的区域。总的来说，本奴表面的巨石数量高于预期。

与此同时，邹小椴说，由于降落在地球上的陨石已经被地球的大气和生物污染，冥王星的第一个任务是收集原始样本从本努，“这是特别重要的研究行星的形成和生命的起源。”

这一次，冥王星将通过短暂接触完成采样，即采样机制将接触小行星表面约5秒，在此期间，表面岩石和各种物质将通过释放氮气被吸入采样器。飞船携带了足够三次取样的氮气，以确保收集到60到2000克土壤样本。

邹说，2021年3月，冥王星飞船将启程返回地球。经过至少63亿公里的飞行，它将于2023年9月24日到达地球，在离开北京两年半之后。样本舱将与卫星分离，并以至少12.4公里/秒的速度进入地球大气层，然后最终降落在犹他州沙漠的试验训练场。

据了解，收集到的样本中有75%将由美国宇航局保存在休斯敦约翰逊航天中心，供世界各地的科学家在未来进行深入研究。

《中国科学日报》(2019-04-15第三版国际版)