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开采太阳系

嫦娥五号月球探测器带着从月球采集的样本,顺利返回了地球。这些从天而降的来自太阳系其他天体的样本激起了人们极大的兴趣。对于这些珍贵的来自月球的土壤和岩石,人们不仅有对其“不含有机物,没法种菜”的调侃,也有种种的想象和憧憬——就有人设想,如果可以把月球土壤中的氮3提取出来作为地球上可控核聚变的燃料,就可以在很长一段时间为地球提供充足的能量。

虽然以人类目前的技术条件来说,这些想法还显得有些为时过早,不具有可操作性,但利用无人探测器去太阳系中的其他天体进行探索和开采,已经向我们展示了一个充满了科幻色彩的未来场景。

隼鸟2号和小行星龙宫

2014年12月3日,日本宇宙航空研究所开发机构(JAXA) 就通过一架H-11A火箭,将600公斤重的隼鸟2号(Hayabusa2)探测器发射升空,去探测人类在1999年5月发现的一颗近地小行星——龙宫(Ryugu)。花费三年多的时间,在太空中航行了32亿公里之后,隼鸟2号在2018年6月27日终于到达距离小行星龙宫20公里的探测位置。

小行星龙宫形成于大约46亿年前。它含有碳元素、黏土和硅酸盐岩,堪称研究太阳系历史的完美标本。正是因为形成于太阳系形成初期,在小行星龙宫的表面下取得样本进行研究有助于人类理解太阳系形成早期的状态。在这几十亿年的时间里,龙宫没有发生过太大改变,在表层的保护之下,其内部的物质没有收到来到太阳的热量或是宇宙射线的影响,有可能仍然保持着最初的状态。

2019年2月到7月之间,隼鸟2号两次在小行星龙宫的表面着陆。它先是向龙宫表面发射一个钽材料制造的飞弹。通过这颗飞弹与小行星表面的撞击,探测器收集到了岩石碎片样本。随后在4月5日,隼鸟2号到达了距离龙宫表面500米的位置,释放了一个小型飞行器——飞行器中携带的9.5公斤塑料炸药和一个撞击物。

隼鸟2号随后引爆炸药,让一个2公斤重、圆盘形状的铜制撞击物在爆炸的作用下形成一个差不多篮球大小、类似于子弹形状的飞弹,以每秒2000米的速度撞击到龙宫的表面,以此在龙宫的表面制造出一个前所未有的人工撞击坑。2019年7月11日,隼鸟2号降落在小行星龙宫表面收集样本——这一系列操作发生 在距离地球3亿公里之外的位置。

完成一系列探测工作后,隼鸟2号在2019年11月13日启程返回地球。在12月6日凌晨,封装着小行星龙宫样本的回收舱降落在南澳大利亚沙漠中的伍默拉试验场。

欧西里斯号和小行星贝努

除了隼鸟2号,美国国家航空航天局(NASA) 在2016年9月8日发射的太阳系起源,光谱解析、资源识别、安全保障、小行星风化层探索者(缩写为OSIRIS- Rex,又名欧西里斯号)在2020年10月20日完成了一项小行星探测采样任务。它的探测目标是人类在1999年9月发现的小行星贝努(Bennu)。

经过了两年多的旅行之后,在2018年8月,欧西里斯号在距离小行星贝努200万公里的位置拍摄到它的第一张照片,而后在2018年12月3日抵达贝努,随后围绕着这颗小行星进行了一系列近距离探测。

正式的采样在2020年10月20日开始。欧西里斯号花费了四个小时的时间降到一个名为“夜莺”(Nightingale) 的陨石坑底部。在这个相对平坦的区域,欧西里斯号通过一个机器臂,在贝努表面5厘米以下通过高压氮气,造成了一个超过45厘米的坑洞,而后败西里斯号将坑底的石块和碎屑抓入到储存设备中。因为获取的一些岩石样本过大,欧西里斯号的存储设备还曾经被卡住,造成了一些样本流失,不过科学家们相信,这次行动仍然获取了足够多的小行星样本。在花费了两天多的时间之后,欧西里斯号终于完成了对样本的存放。完成了对小行星贝努采样任务的欧西里斯号已经准备返回地球。返回地球的时间窗口从2021年3月开启。按照计划,它将携带着小行星贝努的样本,在2021年9月24日启程,最终将在2023年9月到达地球。

太阳系内有着数量众多的、动辄数十亿年历史的小行星。相比于火星和月球来说,这些天体大多形态较小,距离地球也太过于遥远,人类宇航员可能永远都无法身临其境对它们进行探索。但是对这些小行星的研究,对于人类来说又有着非同寻常的重要意义。它们可能蕴藏着太阳系形成初期的信息和生命来源的秘密。科学家们相信,对小行星样本的研究,将改变人类对于宇宙演化和太阳系历史的认知。太阳系中众多的小行星,蕴藏着丰富的矿产和水资源。或许在遥远的未来,人类可以利用更先进的技术获取和利用这些资源。

嫦娥五号取回了月球表面样本,隼鸟2号获得了小行星龙宫的样本,小行星贝努的样本也将在两年后到达地球。人类对太阳系的探测不会停止。中国发射的天问一号火星探测器目前已经距离地球超过4亿公里,即将进入火星轨道,而后还将尝试在火星表面登陆。人类对太阳系的形成过程会理解得越来越深刻,而对于人类自身的起源和未来,也将越来越清晰。

(《三联生活周刊》2021 年第2期有删改)

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