說起太空探索,大多數人第一時間想到的應該就是去火星、月球等行星或衛星上採集的資源,或者將人類送到生命宜居星球上進行星際移民。
但目前為止,我們沒有足夠的能力將外星天體的資源運送回來,而且距離地球最近的生命宜居星球也有十光年以上,以現在人類的速度,起碼需要三十多萬年才能到達。所以現階段最主要的兩項太空探索任務,我們都是做不到的。
而我們現在能夠做到的僅僅是對地球附近的天體和宇宙環境進行探索,如果要給現階段的宇宙工作做一個定位的話,那麼現在肯定屬於宇宙探索的前期準備工作。
現階段在宇宙中,我們更多地是以觀察和探測為主,但隨著科技的發展,探測的方式和物件也漸漸發生改變。
一開始我們只能使用望遠鏡在陸地上觀測天上發光發亮的恆星,後來我們漸漸能觀察到不發光的行星、衛星、小行星,再後來我們可以將飛行器送進太空中,檢測太空的真空環境與地球大氣層的區別。
直到現在,我們可以將探測器傳送到火星、金星、甚至太陽系邊界去,甚至我們可以將人類送到太空環境中常住,也可以採集附近天體的樣本。
而今天文章的主角 ,就是一臺協助飛船從小行星上採集樣本的德國探測器,它在距離地球3億公里外的位置向地球傳回了許多圖片和資料。
攜帶德國機器人的隼鳥2號
由日本宇宙航空研究開發機構(以下簡稱JAXA)研發的隼鳥2號,於2014年從地球上出發。
隼鳥2號上裝備了兩種推進器,一種是化學燃料推進器,主要在需要瞬間加速的時候使用,另一種是離子推進器,這個推進器的推進力一般只有幾十毫牛級別,這個力度在地球上只能推動動一張A4紙,但在宇宙空間中卻能持續不斷地提供加速度。
隼鳥2號之所以同時裝備兩種探測器,原因是它的探索目標相當複雜,它既需要有持續的動力可以支撐它在太空中隨意移動,有需要降落在小行星上進行資料收集,收集完之後又需要較大的推力讓它擺脫小行星的引力。
隼鳥2號的主要目標是一顆名為龍宮的小行星,這個小行星在地球和火星之間的軌道上執行,屬於太陽系形成初期時產生的小行星,因為一直沒有與其他星體發生物質交換,所以直到現在,龍宮小行星的物質與46億年前剛剛組成太陽系的物質幾乎一樣。
由於距離比較遠,隼鳥2號用了三年半的時間,才於2018年到達龍宮附近。到達之後,隼鳥2號的第一個任務就是給龍宮小行星拍一個三百六十度無死角全身照,在自拍照的同時收集其各項資料。
拍完照片之後,隼鳥二號還需要登陸龍宮小行星採集小行星上面的樣本,採集的目標主要有兩項,一是小行星表面的土壤和宇宙塵埃,二是採集的地下的岩石樣本。而想要完成這兩個目標,只靠隼鳥二號是不夠的,它還需要幫手才行。
僅活17小時的德國機器人
我們的主角德國機器人——小行星地表探測器(MASCOT)正式登場。
德國機器人的主要任務就是蒐集小行星表面的資訊,透過它找到適合隼鳥二號著陸的地點。但是這個機器人的壽命並不長,最多隻有17個小時,因此它必須抓緊時間的偵查。
2018年10月3日,機器人登陸登陸龍宮。準確地說,它是被直接扔到龍宮上的,作為一個地面探測器,它與我們所熟知的月亮車、火星車都長得不一樣,它長得像一個四四方方的盒子。
作為一個探測器,它還是需要四處移動才能收集到更多的資訊。一個盒子要怎麼移動呢?其實很簡單,只需要在機器人的兩面都裝上一個彈射擋板。就像扇貝一樣,利用擋板開合的力量,將機器人彈起來,在空中翻轉幾圈再落下,機器人就可以往前一段距離。
龍宮小行星的直徑只有1公里左右,小行星的重力十分小,只有地球重力的十萬分之一左右,所以龍宮的逃逸速度是釐米級的,也就是說,只要機器人彈跳的力量太大,讓它的速度超過幾十釐米每秒,就能會直接被彈出太空。
因此機器人彈跳一次需要十五分鐘左右,每次彈跳還需要內建的動能滾輪將它的速度降下來。正是因為重力太小了,所以才沒辦法使用輪子移動,不然被一個小石子顛一下,可能整個探測器就直接升空了。
向地球傳回的資料與圖片
解決了移動問題後,德國機器人就能開始四處收集龍宮上的資料資訊,它主要透過照片收集地表的物質構成,同時還收集地表溫度、地表的結實程度等資訊。
在機器人的攝像頭下,我們第一次近距離觀測了小行星的地表,與我們想象中的不一樣,小行星的地表並不是平滑圓潤的,表面基本以碎石碎塊為主,塵埃和土壤十分罕見。
科學家們推斷,這可能是因為小行星的重力太低,而且也沒有大氣層的束縛,所以質量低的塵埃更容易從小行星上逃逸而去。
此時問題就來了,一個滿是石頭的不平整的表面,十分不適合隼鳥二號的登陸,唯一的解決辦法就是在機器人的17小時生命中儘快找到適合降落的地點。
幸好在登陸之前,隼鳥2號已經提前在遠距離用幾個月的時間全面檢測了龍宮的地貌,再結合機器人的探測結果,最後還是於2019年2月22日成功登陸龍宮小行星。
在採集了地表的岩石和土壤樣本後,隼鳥2號就飛離小行星表面了。但是登陸採集只能收集到小行星表面的樣本。
而小行星地表的重力太小,就算在表面登陸,隼鳥2號也沒有能力在小行星上打洞採集地殼內部的樣本,即便用鑽頭鑽探,也只會是隼鳥2號整臺機器都被鑽頭頂起來,在小行星表面的隼鳥2號此時就像棉花一樣輕。
於是科學家們選擇了另一個辦法採集樣本,讓隼鳥二號離開龍宮小行星,然後在小行星上空,發射了了一顆銅製的金屬彈,而且還使用炸藥為金屬彈加速,加速後的銅彈在龍宮表面撞出一個隕石坑。
這是人類第一次在太空外主動使用武器攻擊天體,在撞擊之後,隕石坑附近有大量的小行星塵埃揚起,然後隼鳥2號在距離人造隕石坑二十米左右的距離二次登陸。
但隼鳥二號並不能像德國機器人一樣在小行星表面進行移動,但它降落時推進器將隕石坑附近的塵埃吹起來了,於是隼鳥2號將這些揚起的塵埃收集起來,總算是完成了第二個任務。
兩種樣本採集成功後,隼鳥2號開始返程之旅,於2020年12月5號回到地球環繞軌道,然後樣本回收艙分離投放到地球上,隼鳥2號的任務正式完成了。
隼鳥二號與機器人的收穫
經過隼鳥2號的探測,龍宮小行星與地球的距離只有15億~6億公里左右,一般認為只有距離地球750萬公里以內的小行星才會有較大的撞擊威脅,因此龍宮小行星的威脅程度並不高。但因為龍宮的直徑達到一公里,所以即便距離遠了許多,但依舊有一定可能會被地球的重力所捕捉到。
這次隼鳥2號登陸小行星,其中一個重要目標就是測量龍宮的重力大小還有它的質量,方便科學家們計算這顆小行星撞擊地球的機率。
除此以外,從小行星採集到的兩種樣本,讓科學家們獲得了5.7克重的沙土,科學家們此前透過觀測,曾認為龍宮小行星上可能蘊含有水分和有機物,而透過對著5.7克沙土樣本的檢測,讓科學家確信小行星上是有水的,但並沒有發現有機物的存在。
雖然在龍宮小行星上沒有找到有機物的存在,但是經過科學家們對天體多年的研究,他們發現宇宙間存在許多組成蛋白質的前置物質——氨基酸。
組成生命的基本單位蛋白質就是由20種不同的氨基酸組裝而成的,然後蛋白質在地球形成初期時,組成了第一個原核生命,於是生命就此誕生。
透過科學家們對太空的不懈探索發現,宇宙中氨基酸與水都屬於普遍存在的物質,因此他們認為宇宙中出現生命是一件必然存在的事情,對龍宮等小行星的探測結果更是從側面證實了這一事實。
為什麼要探測小行星?
很多人也許不能理解為何要大費周章派飛船去探測小行星,在大多數人的腦海中,小行星只不過是一顆超大的石頭而已,並沒有什麼值得看的地方。
但實際上,探測小行星是人類必須做的事情。因為小行星主要分為兩種,一種是恆星系形成時就產生的小型天體,另一種則是被太陽重力捕捉到的恆星系外的天體。
在太陽系中,絕大多數小行星都是前者,也就是說大多數小行星都與太陽系同根同源,研究小行星的構成可以幫助科學家們更加精準地掌握太陽系的起源和宇宙間物質的分佈情況。
科學家們正是透過研究小行星的構成發現,宇宙中普遍存在水,大大多數情況下都是以固態冰的形式存在於小行星之上,這些小行星一旦落在溫度超過0度的行星上就會轉化為液態水或者氣態的水蒸氣,這個研究證明,地球上水分的出現並不是一個偶然,宇宙中出現生命的機率將會大大增加。
除了研究物質構成,人類還必須收集小行星的各項引數以便於我們可以精準地預測小行星的執行軌跡,我們知道6500萬年前,稱霸地球兩億年的恐龍正是因為小行星撞擊地球引發的全球性惡劣環境而滅絕的。
因此我們必須時刻提防小行星的下一次撞擊,所以我們更加需要獲得小行星的準確密度和質量,確保我們能準確計算每一顆已發現小行星的運動軌跡,保證在它撞擊地球之前我們能有足夠的時間做出相應的防禦措施。