圖解深空探測史

文/ 葉楠

小行星探測

小行星是太陽系內廣泛分布的一類天體，迄今為止確認的數量約80萬顆。已經發現的小行星中絕大多數都分布在火星與木星之間的小行星帶內，它們同其他大行星類似，都在黃道面附近運行。小行星帶是我們探測太陽系外側天體的必經區域，但也不必過分擔心，太陽系空間十分廣袤，即使最密集的小行星帶內，小行星之間的平均距離也達到數百萬公里。此外，在地球附近也有近地小行星存在，它們才是對我們威脅最大的天體，對它們的監測刻不容緩。

伽利略號兩次穿越小行星帶

美國的伽利略號木星探測器采用日心軌道，一次飛掠金星、兩次飛掠地球、兩次穿越小行星帶，最終飛向木星，整個旅程用了6年時間。在它兩次飛越小行星帶時，分別與兩顆小行星相會。1991年10月29日，“伽利略號”與951號小行星加斯普拉相遇，最近距離1600公里，這是人類深空探測史上接近的第一顆小行星。兩年后，當“伽利略號”再次穿越小行星帶時接近了243號小行星艾達，艾達平均直徑約31.4公里、公轉周期4.84年、自轉周期4.63小時。令人不可思議的是，“伽利略號”還發現了艾達的衛星，這是一顆直徑只有1.4公里的小天體。圖為“伽利略號”拍攝的艾達及其衛星。

尼爾-舒梅克號登陸愛神星

美國的尼爾-舒梅克號小行星探測器名稱中的尼爾（NEAR）是近地小行星交會的縮寫，舒梅克則是為了紀念天文學家尤金·舒梅克。“尼爾-舒梅克號”于1996年2月17日發射升空，1997年6月27日，以1200公里的距離飛掠253號小行星瑪蒂爾德并拍攝了照片（左圖）。2000年2月14日，“尼爾-舒梅克號”進入愛神星軌道，為愛神星拍攝了照片（右圖）。2001年2月12日，“尼爾-舒梅克號”緩慢降落到愛神星南部，成為人類歷史上第一個在小行星上軟著陸的探測器。

卡西尼號遠眺馬蘇爾斯基

2685號小行星馬蘇爾斯基位于小行星帶，軌道半長軸為3.85億公里、軌道周期為4.1年，1981年由天文學家愛德華·鮑威爾首先發現，并以行星地質學家哈羅德·馬蘇爾斯基命名。馬蘇爾斯基對行星和月球表面研究有很大貢獻，尤其是在登陸地點的選取方面。2000年1月23日，“卡西尼號”在前往木星和土星途中飛越馬蘇爾斯基小行星，但由于距離有4倍月地距離，照片中的馬蘇爾斯基只顯示為一個亮點（如圖）?！翱ㄎ髂崽枴钡挠^測使人們對馬蘇爾斯基的物質組成產生了興趣，后經過光譜證實它是一顆司法星族石質S型小行星。

星塵號探望安妮·弗蘭克

安妮·弗蘭克（1929―1945）（左圖），德國猶太人，《安妮日記》的作者，被害時年僅15歲，1942年開始書寫親歷二戰的經歷。同一年，德國天文學家卡爾·萊茵穆特發現5535號小行星。1995年，這顆小行星正式命名為安妮·弗蘭克星。2002年11月2日，星塵號探測器在前往懷爾德2號彗星途中造訪了5535號小行星安妮·弗蘭克。“星塵號”從3079公里處飛掠，拍攝了它的照片（右圖），通過照片測定它的大小為6.6公里×5.0公里×3.4公里。

隼鳥號采樣返回

日本的隼鳥號是世界上首個從小行星上采樣并返回地球的探測器。2003年5月9日，“隼鳥號”發射升空，它的目標是25143號小行星，去采集它的樣本并將采集到的樣本送回地球。25143號小行星是一顆穿越火星軌道的阿波羅型小行星，大小只有535米×294米×209米。阿波羅型小行星軌道會穿越地球軌道，其中有些非常接近地球，是有可能對我們造成巨大威脅的一類天體。25143號小行星發現于1998年，“隼鳥號”升空后被命名為糸川，以紀念日本火箭科學之父糸川英夫。左圖是“隼鳥號”于2005年拍攝的糸川小行星。

2007年4月“隼鳥號”開始返航，2010年6月13日重返大氣層，“隼鳥號”在大氣層中燒為灰燼，樣品艙著陸在澳大利亞（右圖）。在樣品艙內發現了約1500顆小行星微粒，這是人類首次從月球以外天體取回樣品。

新視野號與小行星不期而遇

132524號小行星是一顆主帶小行星，近日點2.83億公里、遠日點4.97億公里、軌道周期4.2年，2002年5月9日林肯近地天體研究中心的天文學家發現了它。“新視野號”發射于2006年1月19日，它的主要探測目標是遙遠的冥王星，同年6月13日，“新視野號”與132524號小行星不期而遇，彼此最近距離只有大約10.2萬公里，約為月地距離的四分之一。但遺憾的是“新視野號”上的大部分科學儀器都處于休眠狀態，只有75毫米焦距的拉爾夫望遠鏡拍到了小行星的影像。圖中的兩個點分別是距離336萬公里（下）和134萬公里（上）時拍攝的圖像。正因為此次飛掠，132524號小行星被命名為APL，APL是約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的簡稱，也是“新視野號”的設計制造者。

羅塞塔號的小行星帶之旅

“羅塞塔號”在飛向67P彗星的途中遇到了2顆主帶小行星。2008年9月5日，“羅塞塔號”以每秒8.6公里的速度飛掠2867號小行星斯坦斯，最近距離不到800公里，飛掠時“羅塞塔號”正好拍攝到小行星被太陽照亮的一面（左圖），照片中發現的撞擊坑后來以各種寶石的名字來命名。2010年7月10日，“羅塞塔號”飛掠了21號小行星司琴星，其名稱來自于我國清代天文學家李善蘭，司琴星是一顆直徑超過100公里的主帶小行星，有著不同尋常的光譜特征，此次飛掠得到了它的清晰圖像（右圖），為后續研究提供了非常重要的資料。

黎明號繞飛灶神星

美國的黎明號探測器（左圖）于2007年9月27日發射升空，目標是小行星帶最大的兩個天體——4號小行星灶神星和已經升級為矮行星的谷神星?！袄杳魈枴辈捎秒x子發動機，借助火星的引力加速前往小行星帶。2011年7月16日，“黎明號”進入灶神星環繞軌道，成為首個環繞小行星運行的探測器。2015年3月6日，“黎明號”進入谷神星軌道，成為第一個近距離研究矮行星的探測器。之后的3年8個月里，“黎明號”降低軌道高度（距表面最近時僅34公里）對谷神星進行詳查，獲得了豐碩成果。2018年11月3日，因為燃料耗盡，“黎明號”的探測任務結束。右圖是“黎明號”2011年7月9日拍攝的灶神星的立體圖像。

嫦娥二號飛掠4179號小行星

嫦娥二號是我國第二個月球探測器，在完成探月任務后于2011年6月9日開啟擴展任務，離開月球前往距離地球150萬公里遠的日地拉格朗日L2點，開始對太陽實施探測。2012年4月15日，“嫦娥二號”離開L2點前往有撞擊地球可能的4179號小行星進行探測，4179號小行星近日點1.39億公里、遠日點6.12億公里、公轉周期約為4年，據推算它距離地球最近可達89.76萬公里。2012年12月13日，“嫦娥二號”在距離地球約700萬公里處掠過4179號小行星，相對速度達每秒10.73公里，最近距離3.2公里，這是中國第一次對小行星進行探測，也是繼美、歐、日之后第四個對小行星進行探測的國家。圖為“嫦娥二號”飛掠時拍攝的4179號小行星照片。

隼鳥2號造訪龍宮

日本的隼鳥2號小行星探測器（左圖）是“隼鳥號”的后續任務，于2014年12月3日發射升空，目標是162173號小行星龍宮。龍宮是一顆阿波羅型近地小行星，直徑約1公里，近日點1.44億公里、遠日點2.13億公里、公轉周期1.3年。2018年10月3日，“隼鳥2號”接近龍宮并釋放了一個登陸器，登陸器內部有兩臺重約1千克的小漫游車，名字分別為HIBOU和OWL。2019年2月22日，“隼鳥2號”成功登陸龍宮，4月5日，“隼鳥2號”向龍宮投射了重量為2.5千克的金屬撞擊器，成功撞擊小行星，地下巖石噴涌而出，右圖為撞擊時HIBOU拍攝的照片。2019年7月11日，“隼鳥2號”再次登陸龍宮采集地表下的巖石標本，2020年將攜帶樣品返回地球。

冥王號近探貝努

2016年9月8日發射升空的冥王號探測器（左圖）是美國宇航局正在進行的一項小行星探測及采樣返回任務，目標是101955號小行星貝努。貝努直徑約500米、近日點1.35億公里、遠日點2.04億公里、軌道周期1.2年，是一顆有一定幾率對地球造成危險的小行星。貝努的命名來自于一位三年級小學生，得益于“冥王號”的形狀類似于埃及神話中的不死鳥——貝努鳥。2018年12月3日，“冥王號”抵達貝努，傳回了貝努的清晰照片（右圖）。12月31日，“冥王號”進入貝努環繞軌道，高度僅有1.75公里，開始大規模的遙感測繪以選擇樣本地點。預計2023年“冥王號”將攜帶樣品返回地球。