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日本“隼鸟”大闹“龙宫”!Nature、Science 连发:890 万年历史的小行星像块状速溶咖啡粉 行业新闻

威尔德编辑 12天前 65083

未来 20 年,其他国家应该无法做到。

近日,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的小行星探测器、吉尼斯纪录认定的“世界首架从小行星带回物质的探测器”「隼鸟号」(Hayabusa)的后继探测器「隼鸟 2 号」(Hayabusa 2)传回照片,再次助力人类对地球起源、演化进程的认知。

当地时间 2020 年 3 月 16 日、19 日,隼鸟 2 号对“龙宫”(Ryugu)的探测活动相关研究成果先后登上 Nature、Science,JAXA 官网也对其进行了大篇幅报道。

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“龙宫”具有非常蓬松的多孔结构

雷锋网了解到,隼鸟 2 号探测器搭载的遥感仪器主要有光学导航相机(ONC,含 1 个远望相机 ONC-T 和两个宽角相机 ONC-W1、ONC-W2)、热红外成像仪(TIR)、近红外光谱仪(NIRS3)、光探测和测距(LIDAR)和 SPICE 内核(用于存档轨道、形态等辅助数据)。

而上述登上 Nature 的论文主要依据于隼鸟 2 号热红外成像仪(TIR)传回的“龙宫”单转热像图。

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研究人员对其进行分析推测,结果发现,“龙宫”表层的岩块和周边土壤的温度差不多,且其温度日变化很小,其导出的热惯量较低,约为 300J m-2 s-0.5K-1(300 tiu)。

由此可见,“龙宫”表面的岩块和周边土壤都是多孔物质,正如研究人员表示:

“龙宫”看起来像是由速溶咖啡粉汇集成的块状。

值得一提的是,研究人员曾预测“龙宫”表面由风化层和致密的巨砾组成,而这一发现与其预测恰好相反。一方面,低热惯性表明,“龙宫”表面的巨砾比典型的碳质球粒陨石(carbonaceous chondrites)更多孔,且周围覆盖有直径大于 10 厘米的多孔碎片。另一方面,较为平均的日温度分布还表明其表面粗糙度效应较强。

下图中,左侧为“龙宫”一天中最高温度的分布,右侧为“龙宫”各地点一天的温度变化(实线)及其基于理论计算的预测值(虚线)的比较。

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此外,研究人员认为,像地球这样的岩石天体于太阳系初期由软绵绵的尘埃聚集生长形成。基于此,“龙宫”也可能正处于由软绵绵的尘埃形成稠密天体的过程中——“龙宫”是由其母体的冲击碎片形成的碎石堆,其微孔率约为 30%-50%,固结程度很低。

如下图,研究团队推测龙宫的形成过程如下:

  1. 软绵绵的灰尘聚集生长;

  2. 微行星形成,密度很低;

  3.  微行星进一步生长,形成母天体,中心密度增大;

  4. 天体撞击破坏母天体,外侧物质飞散,中央部分的物质露出;

  5. 飞散的岩块再次聚集,岩块间孔隙较大,但也包括一部分密度较大的岩块,自转较快,其“赤道”附近膨胀;

  6. 由于某种原因,自转变慢,轨道也发生变化,形成如今的“龙宫”。

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“龙宫”约有 890 万年历史

2019 年 4 月,隼鸟 2 号向小行星“龙宫”表面投下一枚撞击器,在龙宫上制造了一个人造撞击坑,旨在保证小型携带式探测器(Small Carry-on Impactor,SCI)能够在这一人造撞击坑中顺利着陆,从而采集“龙宫”地下深处的样本。

雷锋网了解到,所谓 SCI 实际上就是一颗 4.4 磅(2 公斤)重的铜质炮弹,它在行星上的速度为每小时约 4475 英里(7200 km/h)。SCI 炸出的坑约 47.5 英尺(14.5 米),边缘凸起,中间为一个约 10 英尺(3 米)宽、2 英尺(0.6 米)深的圆锥形坑。

对此,研究人员表示:

我非常惊讶,这个陨石坑比我们在地球上模拟时的陨石坑大 7 倍左右。

实际上,SCI 从释放到爆炸需要 40 分钟,隼鸟 2 号为“保命”会在这段时间内远离“龙宫”,并掐好时间准时扔下一个分离相机 DCAM3,拍摄下撞击爆炸的全过程以及由此产生的喷射物。

据悉,分离相机 DCAM3 共有两个镜头:

  • DCAM3-A:用于拍摄低分辨率照片,配套的 A 天线实时将照片无线传回给隼鸟 2 号;

  • DCAM3-D:用于拍摄高辨率数码照片,配套的 D 天线非实时将照片无线传回给隼鸟 2 号。

而研究团队刊登在 Science 上的研究成果表明,DCAM3 在碰撞后约 8 分钟内成功拍摄到的碰撞区域照片, 有利于阐明“龙宫”的发展史。

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研究人员发现,喷射物帘幕(雷锋网(公众号:雷锋网)注:即喷射物的外边缘)是不对称的、异质的,并且从未完全从表面分离过。

同时,这一陨石坑所处的区域受重力(约为地球的八万分之一)影响,这意味着陨石坑的生长受重力而非表面强度的限制。

基于上述信息,研究人员对“龙宫”在小行星带逗留的时间有了新的认知。在此前使用陨石坑尺寸频率分布的估算中,由于不同估算方法得出的差距相当大,研究人员认为这一逗留时间在约 600 万年约 2 亿年不等。而基于此次的研究发现,研究团队认为,“龙宫”的小行星带停留时间为 640~1140 万年,并预测它大约有 890 万年的历史

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【碰撞前后的对比图】

利用非载人宇宙飞船研究小行星

所谓小行星,是指太阳系内类似行星环绕太阳运动、但体积和质量比行星小得多的天体。截至 2018 年,人类已在太阳系内发现了约 127 万颗小行星。

不过,小行星个头较小(最大的小行星直径也只有 1000 公里左右,微型小行星则只有鹅卵石一般大小),自身不发光,绝大多数小行星都无法用肉眼看见,在天文望远镜里也顶多是一个小亮点。因此,随着技术的不断进步,从 1997 年开始,人类开始利用非载人宇宙飞船对小行星进行研究。

在非载人宇宙飞船对小行星的研究史中,日本隼鸟小行星探测器可谓是一次壮举。

隼鸟号于 2003 年 5 月 9 日发射,于 2010 年 6 月 13 日返回地球。在 7 年的宇宙旅行中,隼鸟号穿越了近 60 亿公里路程。这是人类第一次对地球有威胁性的小行星进行物质搜集的研究,也是首个把小行星物质带回地球的任务,因此被吉尼斯纪录认定为“世界上首架从小行星上带回物质的探测器”。

不过,在隼鸟号 2005 年抵达距离地球约 1.8 亿英里(约 2.9 亿公里)的小行星“系川”后,未能成功释放着陆器,历经波折最终取到了少量样品,并安全带回地球。

而作为隼鸟号的后继探测器,隼鸟 2 号的使命是——在扫清技术上的问题点和课题后进行真正的探索,目标便是“大闹龙宫”。

实际上,小行星“龙宫”(1999 JU3)是一颗 C 型(碳质)岩石小行星,直径大约只有一公里。许多科学家认为,这类岩石小行星可能在很久以前与地球的碰撞中,将生命的基本构成元素送到了地球上,因此被认为见证了太阳系最初的形成。

国际上,小行星的命名权属于发现者,“龙宫”是由日本科研人员发现的。在一个名为《浦岛太郎》的日本民间故事中,浦岛太郎去往海底龙宫,并带回了一个宝盒回到人间,“龙宫”这个名字正是来源于此,寓意着隼鸟 2 号探测器能从小行星带回珍贵的信息顺利返回地球。

截止目前,隼鸟 2 号探测器对“龙宫”探索之旅的大致时间线如下:

  • 2014 年 12 月 3 日,隼鸟 2 号由一枚 H-2A 火箭从种子岛宇宙中心成功发射;

  • 2018 年 6 月底,抵达“龙宫”;

  • 2019 年 2 月,在“龙宫”着陆,收集“龙宫”表面样本并发现了水合矿物质;

  • 2019 年 4 月,向“龙宫”表面发射金属弹(即上文 SCI),造成了撞击坑,探测器收集了被金属弹激起的有关物质,计划将其带回地球进行分析。;

  • 2019 年 11 月 13 日,启动用于控制姿势和轨道的化学喷射引擎,正式由“龙宫”出发踏上归程;

  • 2019 年 12 月初,逐渐摆脱“龙宫”引力,使用推进器,为返回地球加速;

  • 2020 年 11 至 12 月,若返航顺利,届时将到达地球附近,并将“龙宫”地下物质样本扔到南澳大利亚沙漠某处。

2019 年,名古屋大学教授渡边诚一郎曾在记者会上表示:

就算只是带回表面物质,也将是丰硕的成果,但隼鸟 2 号还要将地下的物质一起带回,这对于深入了解小行星十分重要。未来 20 年,其他国家应该无法做到。

随着研究团队得到的数据、信息越来越多,探测器返回地球的时间也逐渐临近,雷锋网祝愿这一任务圆满成功,为人类对小行星的探索再次迈出关键一步。

参考资料:

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/03/18/science.aaz1701

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2102-6

http://www.jaxa.jp/press/2020/03/20200320-1_j.html

http://www.jaxa.jp/press/2020/03/20200317-1_j.html

https://www.darts.isas.jaxa.jp/planet/project/hayabusa2/

https://baike.baidu.com/item/%E9%9A%BC%E9%B8%9F2%E5%8F%B7%E5%B0%8F%E8%A1%8C%E6%98%9F%E6%8E%A2%E6%B5%8B%E5%99%A8/19102500?fromtitle=%E9%9A%BC%E9%B8%9F2%E5%8F%B7&fromid=15873504&fr=aladdin

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这家伙太懒了,什么也没留下。
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