航天航空：那只邂逅小行星的“鳥(niǎo)”即將返航

隼鳥(niǎo)2號(hào)離開(kāi)地球與其收集艙返回地面的藝術(shù)創(chuàng)作畫(huà)。圖片來(lái)源：JAXA
日本的隼鳥(niǎo)2號(hào)航天器馬上就要回家了，隼鳥(niǎo)2號(hào)航天器去年從小行星“龍宮”（Ryugu）上收集了樣本，現(xiàn)在并將它們送回距離地球只有數(shù)月之遙了。組成這些樣本的物質(zhì)可以追溯到46億年前太陽(yáng)系形成初期。這些樣本可以提供有關(guān)天體形成和地球生命啟示的新見(jiàn)解。但是，在此之前，如何將隼鳥(niǎo)2號(hào)上搭載的珍貴樣本從惡劣的太空真空中安全地送達(dá)到科學(xué)家手上還需要解決。
日本航空航天局（JAXA）與澳大利亞航天局共同宣布了隼鳥(niǎo)2號(hào)上樣本將于2020年12月6日降落，預(yù)計(jì)的降落地點(diǎn)為南澳大利亞州的122,000平方公里，被稱(chēng)為Woomera Range Complex的內(nèi)陸區(qū)域。澳大利亞航天局代理副局長(zhǎng)Karl Rodrigues說(shuō)：“Woomera是一個(gè)非常偏遠(yuǎn)的地區(qū)，這片區(qū)域非常適合安全地管理和作為這種特殊的飛船和太空艙的降落場(chǎng)?！?br> 隼鳥(niǎo)2號(hào)的前身，隼鳥(niǎo)號(hào)上搭載的裝有從絲川小行星（小行星25143）上采集的百萬(wàn)分之一克塵埃的太空艙也在2010年在Woommera著陸場(chǎng)著陸。此次飛行的原計(jì)劃會(huì)采集更多樣本，但因?yàn)樵谏羁罩邪l(fā)生的多次意外而受阻。隼鳥(niǎo)2號(hào)從小行星“龍宮”中采集的樣本規(guī)模應(yīng)該會(huì)更加可觀(guān)，此次任務(wù)計(jì)劃將會(huì)采集1克的樣本。日本航空航天局并非唯一一個(gè)為樣本返回而苦苦掙扎的航天機(jī)構(gòu)，2004年，美國(guó)國(guó)家航空航天局的起源號(hào)探測(cè)器的太陽(yáng)離子回收艙也在返回時(shí)遇到了一些問(wèn)題，其樣本艙在降落傘未能成功展開(kāi)的情況下重重地摔進(jìn)了猶他州的沙漠。美國(guó)太空總署的裝載有從懷爾德2號(hào)彗星彗尾中采集的樣本的星塵太空艙則在2006年的安全著陸時(shí)表現(xiàn)更好。


圖片來(lái)源：維基百科
隼鳥(niǎo)2號(hào)的設(shè)計(jì)與其前身相似，隼鳥(niǎo)2號(hào)探測(cè)器于2014年發(fā)射，于2018年6月到達(dá)“龍宮”小行星。在2019年2月，探測(cè)器降落到了小行星的地表并向地表發(fā)射了一個(gè)小型彈丸來(lái)試圖采集樣本（在太空艙返回地球之前沒(méi)有辦法得知此次任務(wù)是否成功采集到所需要的樣本）。2019年4月，航天器在遠(yuǎn)處向“龍宮”發(fā)射了一個(gè)裝機(jī)器，形成了一個(gè)小的撞擊坑。然后探測(cè)器于2019年7月再次俯沖下來(lái)并抓住了因?yàn)樽矒舳鴩娚涑龅臉颖?。去?1月，隼鳥(niǎo)2號(hào)終于離開(kāi)了小行星軌道，開(kāi)啟了為期一年的回家之旅。


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當(dāng)隼鳥(niǎo)2號(hào)于12月飛躍地球時(shí)，樣本艙將會(huì)從航天器中脫離，經(jīng)過(guò)在大氣層中劇烈的顛簸后，安全的開(kāi)傘并返回地面。但隼鳥(niǎo)2號(hào)將返回太空，繼續(xù)執(zhí)行對(duì)兩個(gè)額外的小行星探測(cè)的拓展任務(wù)。地面上，大約由10名日本航空航天局的科學(xué)家組成的小組將等候樣本艙的到來(lái)。他們將依靠無(wú)線(xiàn)電信標(biāo)以及無(wú)人機(jī)提供的偵察來(lái)定位其精準(zhǔn)的著陸點(diǎn)?？茖W(xué)家們的目標(biāo)將是在降落后的100小時(shí)內(nèi)找到樣本艙。隼鳥(niǎo)2號(hào)團(tuán)隊(duì)的副經(jīng)理Satoru Nakazawa表示：“我們也許能夠更快地找到它。“例如在隼鳥(niǎo)2號(hào)著陸后24小時(shí)之內(nèi)，”但是考慮到可能發(fā)生的意外，尋回過(guò)程可能會(huì)花費(fèi)更多時(shí)間?！?br> 一旦樣本艙被找到之后，它將被送到Woomera附近的一個(gè)名為“快速檢查設(shè)施“的建筑中。對(duì)采集回來(lái)的樣本的研究大部分將在日本東京都相模原市的外星樣本處理中心（ESCuC）進(jìn)行。但是在此之前，在澳大利亞也會(huì)進(jìn)行對(duì)該樣本的一些初步分析。通過(guò)樣本艙上的一個(gè)微小的觀(guān)察孔，研究團(tuán)隊(duì)將會(huì)先確認(rèn)樣本艙中是否由可供研究的樣本，小行星上每個(gè)著陸點(diǎn)會(huì)各有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的樣本容器。然后，科學(xué)家們將會(huì)把任何揮發(fā)性氣體（例如水蒸氣）給吸走，以確保這些樣本中的一些成分不會(huì)因?yàn)楸┞队诘厍虼髿庵卸冑|(zhì)。隼鳥(niǎo)2號(hào)的樣本分析團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Shogo Tachibana說(shuō)：”在不打開(kāi)容器的情況下，我們可以把容器內(nèi)部的任何揮發(fā)物取出，并且將這些揮發(fā)物放入儲(chǔ)氣罐中進(jìn)行快速分析。“
在這項(xiàng)初步分析之后，日本航空航天局將在樣本艙返回地球一天后將樣本送往外星樣本處理中心。在此設(shè)施的潔凈室中，樣本艙將被首次打開(kāi)。其中一部分的樣本將被立刻提取出來(lái)并且存儲(chǔ)以供以后用更加先進(jìn)的設(shè)備研究。（阿波羅任務(wù)中取得的月球樣品也進(jìn)行了類(lèi)似的操作，直到今日，這些樣本仍在逐步打開(kāi)。）其余的樣品將被轉(zhuǎn)移到裝有純凈惰性氮?dú)獾氖覂?nèi)。Tachibana說(shuō)：“將對(duì)所有樣本進(jìn)行處理，拍照，稱(chēng)重，并進(jìn)行無(wú)損光譜觀(guān)測(cè)，以備進(jìn)一步分析?！?br> 日本航空航天局的科學(xué)家將有大約一年的時(shí)間對(duì)樣本進(jìn)行初步研究（任務(wù)的早期結(jié)果表明，“龍宮”盡管是由古老的材料構(gòu)成，但是其可能只在一千萬(wàn)年前才形成了目前的形狀）。這項(xiàng)工作完成后，根據(jù)可分發(fā)的樣本數(shù)量，部分取回的樣本將被送往國(guó)際合作的研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)。該過(guò)程可能會(huì)與美國(guó)宇航局的小行星樣本取回任務(wù)，OSIRIS-Rex，達(dá)成交換協(xié)議，該任務(wù)計(jì)劃于2023年從小行星“貝努”（小行星101955）返回地球。OSIRIS-REx項(xiàng)目科學(xué)家，美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的Jason Dworkin說(shuō)道：“我們?nèi)〉玫臉颖局袝?huì)有0.5%被送到日本以取得隼鳥(niǎo)2號(hào)采集的樣本?！?br> 然而，隼鳥(niǎo)2號(hào)將成為萬(wàn)眾矚目的首個(gè)探測(cè)器。而且，如果一切按照計(jì)劃進(jìn)行，此次任務(wù)將會(huì)使人們對(duì)于早期的太陽(yáng)系有更進(jìn)一步的印象，甚至可能在地球上找到人類(lèi)自己的起點(diǎn)?？茖W(xué)家們將在其樣本中搜索水合礦物質(zhì)，有機(jī)物質(zhì)和其他生物學(xué)基礎(chǔ)的跡象。英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的行星科學(xué)家Rhian Jones說(shuō)：“從根本上說(shuō)，我們對(duì)生命的起源非常感興趣?！斑@位科學(xué)家希望自己研究一些隼鳥(niǎo)2號(hào)帶回來(lái)的”紀(jì)念品“?！皬倪@樣的小行星上取回樣本是研究的非常重要的一部分”，他補(bǔ)充道。
作者：Jonathan O'Callaghan，是一位設(shè)計(jì)商業(yè)航天，太空探索，天體物理學(xué)和其他廣泛科學(xué)領(lǐng)域的自由撰稿人。
翻譯：李晟愷
校準(zhǔn)：潘燕婷
引進(jìn)來(lái)源：科學(xué)美國(guó)人
引進(jìn)鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/japan-prepares-for-hayabusa2s-daring-return-to-earth/


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