一枚NASA探測(cè)器帶著小行星給地球的禮物回家了

編譯 王曉濤

過去7年里，一枚棕色與白色相間的探測(cè)器一直在太陽系內(nèi)穿梭，途中還在一個(gè)小行星上逗留。現(xiàn)在，它終于回家了，還給我們帶來了宇宙紀(jì)念品：科學(xué)家期盼已久的太空巖石。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2023年9月24日上午，科學(xué)家焦急地等待著“歐西里斯”號(hào)探測(cè)器以每小時(shí)數(shù)千千米的速度穿越地球大氣層。當(dāng)?shù)貢r(shí)間8點(diǎn)52分，探測(cè)器緩緩降落在鹽湖城以西約130千米處猶他州測(cè)試與訓(xùn)練場(chǎng)所在的潮濕沙漠地帶。

探測(cè)器順利著陸標(biāo)志著美國宇航局“歐西里斯”項(xiàng)目的重大勝利——這個(gè)項(xiàng)目的真實(shí)全名其實(shí)是“太陽系起源、光譜解析、資源識(shí)別、安全保障和小行星風(fēng)化層探索者”。探測(cè)器在2016年發(fā)射升空，目標(biāo)是從小行星貝努上采集樣本——貝努是一顆富碳小行星，直徑比帝國大廈的高度還寬大約58米。研究人員希望，“歐西里斯”從貝努上采集的這些未受污染的宇宙塵埃能給我們提供一些關(guān)于太陽系誕生和地球生命起源的線索。

亞利桑那大學(xué)行星科學(xué)家、“歐西里斯”項(xiàng)目首席研究員但丁 ? 勞雷塔（Dante Lauretta）在2023年9月的一場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)中稱：“這些塵埃是宇宙給我們?nèi)祟惖亩Y物。”

美國宇航局局長(zhǎng)比爾 ? 尼爾森（Bill Nelson）則表示，“歐西里斯”任務(wù)證明美國宇航局能做大事。“這些事激勵(lì)我們，讓我們團(tuán)結(jié)在一起，同時(shí)也證明真的沒有什么是我們做不到的”。

“歐西里斯”任務(wù)的科學(xué)家經(jīng)歷了不少挫折。實(shí)際上，他們足足努力了7年才讓這個(gè)項(xiàng)目獲得美國宇航局的批準(zhǔn)。現(xiàn)在，“歐西里斯”成了第一枚從小行星上帶回樣本的美國探測(cè)器。探測(cè)器從太空帶回?cái)?shù)量驚人的宇宙物質(zhì)供全球科學(xué)家研究，科學(xué)家的堅(jiān)持得到了回報(bào)。另外，對(duì)“歐西里斯”團(tuán)隊(duì)成員來說，這個(gè)項(xiàng)目取得最后勝利的一幕意義遠(yuǎn)不止此，按照勞雷塔博士的說法：“許多項(xiàng)目成員都是在這個(gè)任務(wù)的過程中成長(zhǎng)起來的。”

美國宇航局戈達(dá)德空間飛行中心“歐西里斯”項(xiàng)目管理人里奇 ? 伯恩斯（Rich Burns）說：“我們的心思一直在這枚探測(cè)器上，現(xiàn)在終于跟著它一起回家了。”

貝努是一顆近地小行星，目前距地球數(shù)百萬千米。和其他小行星一樣，貝努也是數(shù)十億年前我們太陽周圍原始行星盤的地質(zhì)遺跡——所謂“行星盤”，就是一大團(tuán)不斷旋轉(zhuǎn)的氣體、塵埃混合物，最后合并成行星。有理論認(rèn)為，像貝努這樣的小星球?yàn)榈厍蛱峁┝松脑汲煞郑簿褪遣ト隽说谝慌厍蛏N子。

勞雷塔博士說，很難用隕石檢驗(yàn)這個(gè)理論。隕石其實(shí)是抵達(dá)地球表面的小行星碎片，它們?cè)谶M(jìn)入大氣層時(shí)被高溫炙烤，隨后又被地面微生物污染。

“歐西里斯”帶給我們的禮物并不是人類帶回地球的第一批小行星碎片。2010年，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)的“隼鳥”任務(wù)在克服技術(shù)問題后，成功從一個(gè)名叫“絲川”的近地小行星上獲取了不到1毫克的物質(zhì)并帶回地球。10年后，接過接力棒的隼鳥2號(hào)又成功從小行星“龍宮”上獲取了幾克太空巖石。借助這些珍貴的樣本，科學(xué)家找到證據(jù)證明，小行星確實(shí)曾給早期地球輸送過水。他們還在這些樣本中發(fā)現(xiàn)了尿嘧啶——RNA的基本組成部分之一，而RNA是一種指導(dǎo)蛋白質(zhì)形成的分子。

“歐西里斯”探測(cè)器則為我們帶來了大量新的太空巖石。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)，他們可以拿到大約225克未受污染的小行星塵土。領(lǐng)導(dǎo)隼鳥2號(hào)樣本分析工作的東京大學(xué)行星科學(xué)家、現(xiàn)在也是“歐西里斯”項(xiàng)目合作研究員的橘省吾表示，他“完全不知道”貝努是否與龍宮有相似之處，但這就是他最期待查明的一點(diǎn)。

“歐西里斯”從一開始就是一場(chǎng)馬拉松。早在2004年，一個(gè)美國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)就提交了后來成為“歐西里斯”項(xiàng)目的相關(guān)申請(qǐng)。然而，美國宇航局駁回了這個(gè)項(xiàng)目，并且給出了最低的第四類評(píng)價(jià)。勞雷塔博士說：“他們的回復(fù)就是，謝謝，不過算了，謝謝。項(xiàng)目的第一次提案失敗得很徹底。”

2007年，這個(gè)團(tuán)隊(duì)又試了一次，并且得到了第一類評(píng)價(jià)，只不過因?yàn)槌杀具^高而無法拿到足夠的資助。

第三次申請(qǐng)項(xiàng)目終于成功了。美國宇航局在2011年選中了這個(gè)項(xiàng)目。“于是，我們才真正開啟了旅程。”15年前加入“歐西里斯”項(xiàng)目的羅文大學(xué)宇宙化學(xué)家哈羅德 ? 康諾利（Harold Connolly）說。他還表示，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)之后又花了5年確保項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)準(zhǔn)備妥當(dāng)，其中包括：設(shè)計(jì)并建造探測(cè)器、繪制前往貝努的軌道以及策劃相關(guān)科學(xué)活動(dòng)。

2016年，“歐西里斯”探測(cè)器發(fā)射升空，隨即便進(jìn)入了旨在為節(jié)省燃料而設(shè)計(jì)的一系列迂回軌道，最終在2018年12月3日到達(dá)小行星貝努。

接著就是層出不窮的意外情況。勞雷塔博士親昵地說：“我把貝努叫作小騙子，因?yàn)樗粩嘟o我們的項(xiàng)目提出挑戰(zhàn)。”

按任務(wù)專家的設(shè)想，貝努的表面由無數(shù)光滑的沙質(zhì)精細(xì)顆粒構(gòu)成。然而，等到這個(gè)小行星進(jìn)入“歐西里斯”探測(cè)器視野后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，它的表面粗糙不平，到處都是巨石，有些甚至有10層樓那么高。這就很難給航天器找一個(gè)可以安全地從貝努表面采集樣本的地點(diǎn)，任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)也變大了。

工程師為這個(gè)問題焦頭爛額的時(shí)候，貝努又給他們出了一個(gè)新難題：它在朝宇宙拋射碎石塊。“歐西里斯”項(xiàng)目在洛克希德 ? 馬丁公司的管理人桑迪 ? 弗里恩德（Sandy Freund）說：“從科學(xué)角度上說，這真的太令人興奮了。但是，站在工程的角度上，這個(gè)發(fā)現(xiàn)又提出了新問題。”

為了保證“歐西里斯”探測(cè)器不被貝努的碎石羽流擊中，任務(wù)科學(xué)家瘋狂地做著計(jì)算。操作小組也迅速編寫了新的導(dǎo)航軟件，以補(bǔ)償貝努崎嶇不平的地形。

下一個(gè)重大問題則是如何挑選合適的取樣地點(diǎn)：一個(gè)探測(cè)器可以安全地讓采樣筒裝滿細(xì)粒風(fēng)化層樣本的地方。就像前面提到的那樣，這項(xiàng)任務(wù)本就十分困難，貝努崎嶇不平的地貌更是加大了任務(wù)難度。拍攝這顆小行星得到的照片顯示，上面的確有一些沙質(zhì)區(qū)域，但僅存在于碗狀隕石坑內(nèi)。

勞雷塔博士說：“我們必須讓探測(cè)器進(jìn)入隕石坑，根本沒有別處可去。”這無疑讓操作小組非常痛苦。

容錯(cuò)率實(shí)在很小。如果登陸過程出現(xiàn)問題，探測(cè)器可能會(huì)遭遇與隼鳥號(hào)相同的命運(yùn)——墜毀在小行星上。情況甚至可能更糟：探測(cè)器從斜坡上滑落，墜入隕石坑。勞雷塔稱之為悲慘的“香蕉皮結(jié)局”。

在研究貝努足足兩年之后，任務(wù)團(tuán)隊(duì)挑選了小行星北極附近一處名為“夜鶯”的地點(diǎn)。2020年10月，“歐西里斯”用一種工具敲擊貝努表面。按照設(shè)想，這種工具應(yīng)該會(huì)像跳跳棒一樣從貝努表面反彈回來。

然而，工具并沒有如預(yù)想那樣反彈回來。康諾利博士回憶說，工具直接穿透了小行星表面，而且深度令他吃驚——大約45厘米。

他說：“我們?cè)詾樨惻砻鏁?huì)更結(jié)實(shí)一點(diǎn)，但事實(shí)證明，引力基本就是把這些石塊聚在一起的唯一因素。”

這次撞擊“挖”開了一個(gè)9米寬的隕石坑，把大量沾著塵埃的巖石碎片濺射到了太空中。

休斯敦約翰遜空間中心內(nèi)的“歐西里斯”管理實(shí)驗(yàn)艙，這里就是處理小行星樣本的地方

意外并沒有到此結(jié)束。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)查驗(yàn)是否收集到了足夠多樣本時(shí)，發(fā)現(xiàn)收集裝置里的風(fēng)化層樣本一直在往外漏。

弗里恩德說：“我們做得過頭了，收集裝置開了一個(gè)口子，里面的物質(zhì)泄漏到太空中。”探測(cè)器每移動(dòng)一次，貝努的塵土就多損失一些，就像鹽從調(diào)味瓶里流出來一樣。

于是，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)立刻停止了原本計(jì)劃的所有后續(xù)操作，以免損失更多寶貴貨物。相反，操作小組急匆匆地把收集裝置內(nèi)還剩下的樣本裝到返回艙里。

6個(gè)月后，“歐西里斯”最后看了一眼夜鶯隕石坑，接著便開始了為期兩年的返程之旅。勞雷塔博士說：“這無疑是一場(chǎng)冒險(xiǎn)。”

樣本進(jìn)入地球大氣之前的幾天里，勞雷塔博士一直失眠。他努力不去想“所有那些末日般的場(chǎng)景”，就比如發(fā)生在美國宇航局“創(chuàng)世紀(jì)”探測(cè)器身上的悲劇。這枚探測(cè)器成功收集了太陽風(fēng)中的等離子體，但在2004年返回地球時(shí)因?yàn)榉祷嘏摻德鋫阄茨艽蜷_，墜毀在猶他州沙漠中。（雖然著陸過程堪稱災(zāi)難，但研究人員成功發(fā)掘并分析了探測(cè)器帶回地球的樣本。）

“當(dāng)時(shí)，那感覺就像一次重?fù)簟！眲诶姿┦恳贿吥笾粋€(gè)形似“歐西里斯”返回艙的壓力球，一邊說著。他補(bǔ)充說：“樣本返回地球的日子越來越近，我產(chǎn)生了之前從未體驗(yàn)過的感覺。我感到脊柱底部仿佛有一根電線，不斷刺痛我的神經(jīng)。”

北卡羅來納州立大學(xué)工程學(xué)專業(yè)學(xué)生邁克爾 ? 普齊奧（Micheal Puzio）在樣品返回地球日期臨近時(shí)也有點(diǎn)“害怕”。三年級(jí)時(shí)，當(dāng)時(shí)9歲的普齊奧贏得了給101955號(hào)小行星命名的比賽，于是，貝努才有了現(xiàn)在這個(gè)名字。這個(gè)經(jīng)歷點(diǎn)燃了普齊奧對(duì)宇宙的熱愛，讓他產(chǎn)生了要當(dāng)宇航員的夢(mèng)想。

“不過，我覺得不會(huì)有問題。”普齊奧補(bǔ)充說。“據(jù)我所知，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)很擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)，控制航天器不成問題。”

當(dāng)?shù)貢r(shí)間9月24日凌晨2點(diǎn)，位于科羅拉多利特爾頓的“歐西里斯”探測(cè)器指揮小組評(píng)估了登陸條件，通過集體投票決定指揮“歐西里斯”在凌晨4:42釋放返回艙。

4小時(shí)后，返回艙進(jìn)入地球大氣。美國宇航局一架飛機(jī)搭載的高緯度照相機(jī)捕捉到了一個(gè)火球劃過淡紫色天空的畫面，那是燃起熊熊大火的隔熱罩，它能保護(hù)貨艙不被接近3 000℃的高溫焚燒。

第一個(gè)較小的降落傘應(yīng)該在地面上方30千米處就打開，只是工程師無法確認(rèn)它是否真的打開了。更大的主降落傘則在比計(jì)劃更高的位置處打開了，使得最后的著陸過程比原定計(jì)劃提前3分鐘開始。

返回艙外部表面在穿越大氣層時(shí)燒焦了，一頭栽倒在地。登陸大約半小時(shí)后，任務(wù)團(tuán)隊(duì)抵達(dá)降落地點(diǎn)，啟動(dòng)恢復(fù)程序。

“我們今天先得一分。”洛克希德 ? 馬丁公司工程師蒂姆 ? 普利澤（Tim Priser）在返回艙著陸之后的新聞發(fā)布會(huì)上說。

勞雷塔博士得知主降落傘已經(jīng)打開的確認(rèn)消息時(shí)，正搭乘直升機(jī)前往著陸地點(diǎn)。他表示，在最終得知返回艙著陸時(shí)，自己感受到了“脈搏跳動(dòng)”。

他在返回艙登陸后的新聞發(fā)布會(huì)上說：“我真的激動(dòng)得哭了。這一刻，我知道，我們終于讓它回家了。”他還補(bǔ)充說，走近返回艙時(shí)的感受就像是“見到了許久沒見的老朋友”。

在勞雷塔博士看來，返回艙的安全回歸既是專業(yè)上的巨大成功，也是對(duì)個(gè)人的褒獎(jiǎng)，尤其是“歐西里斯”項(xiàng)目第一位首席研究員邁克爾 ? 德雷克（Michael Drake），他在項(xiàng)目獲得資助5個(gè)月后就離世了。勞雷塔博士說：“他對(duì)我說，‘你得完成我們的夢(mèng)想’，現(xiàn)在我終于做到了。”

返回艙以及艙內(nèi)的貨物先存放在猶他州著陸點(diǎn)附近一個(gè)臨時(shí)設(shè)置的無塵室里，第二周周一轉(zhuǎn)移到休斯敦約翰遜航天中心。科學(xué)家計(jì)劃在周二打開返回艙，開始康諾利博士所說的“快速觀察”分析。分析完畢后，樣本分析團(tuán)隊(duì)會(huì)向全球公布第一批研究成果，包括貝努的組成以及與其他小行星樣本（日本航天器帶回來的）分析結(jié)果的對(duì)比。

勞雷塔博士說：“這是一段旅程的終點(diǎn)，也是另一段旅程的起點(diǎn)。我們將進(jìn)入原子領(lǐng)域。”

談到探測(cè)器返回地球的感受時(shí)，康諾利博士激動(dòng)得不知道如何用語言表達(dá)。

他說：“我感覺自己又變成了一個(gè)小孩。能有機(jī)會(huì)講述這些巖石背后的故事，我實(shí)在是太高興了。”

未來兩年，科學(xué)家會(huì)更加細(xì)致地研究小行星貝努。另外，還有一小部分樣本會(huì)轉(zhuǎn)交給日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)和加拿大空間局。

康諾利博士表示，多達(dá)75%的貝努風(fēng)化層樣本會(huì)儲(chǔ)存起來，以便科學(xué)家未來用“我們現(xiàn)在甚至都還不知道的技術(shù)”加以研究。

“這些樣本就是未來幾代人的驚喜寶庫。”美國宇航局約翰遜空間中心首席科學(xué)家埃林 ? 斯坦斯伯里（Eileen Stansbery）在“歐西里斯”登陸后的新聞發(fā)布會(huì)上說。

“歐西里斯”項(xiàng)目或許已經(jīng)終結(jié)，但探測(cè)器主體還在太空中正常運(yùn)行，科學(xué)家仍然可以向它發(fā)送各種指令。接下去，它還會(huì)造訪另一顆近地小行星阿波菲斯——我們?cè)欢劝阉?dāng)作小行星撞地球的重大威脅之一。不過，最近的測(cè)量結(jié)果顯示，這顆小行星會(huì)在2029年與地球擦肩而過，與我們之間的最近距離大約是地月距離的十分之一。

新項(xiàng)目叫作“歐西里斯-阿佩克斯”，其中阿佩克斯代表阿波菲斯探測(cè)器。這個(gè)項(xiàng)目會(huì)為如何降低小行星撞地球的風(fēng)險(xiǎn)給科學(xué)家提供更多信息。

領(lǐng)導(dǎo)“歐西里斯-阿佩克斯”項(xiàng)目的科學(xué)家將是丹妮 ? 門多薩 ? 德拉茱斯蒂娜（Dani Mendozai DellaGiustina）。她之前是勞雷塔博士的本科生，現(xiàn)在是亞利桑那大學(xué)的行星科學(xué)家。貝努往返之旅培養(yǎng)了這個(gè)領(lǐng)域的新一代科學(xué)家，德拉茱斯蒂娜就是一個(gè)鮮活的例子。

德拉茱斯蒂娜博士說：“我成年之后的幾乎全部生活都在為這個(gè)使命而努力。我對(duì)歐西里斯的順利回歸感到非常興奮，但對(duì)我來說，這肯定不是最后的歡呼。”

資料來源TheNewYorkTimes