说起太空 探索 ,大多数人第一时间想到的应该就是去火星、月球等行星或卫星上采集的资源,或者 将人类送到生命宜居星球上进行星际移民 。
但目前为止,我们 没有足够的能力将外星天体的资源运送回来 ,而且距离地球最近的生命宜居星球也有 十光年以上 ,以现在人类的速度,起码需要 三十多万年才能到达 。所以现阶段最主要的两项太空 探索 任务,我们都是做不到的。
而我们现在能够做到的仅仅是 对地球附近的天体和宇宙环境进行 探索 ,如果要给现阶段的宇宙工作做一个定位的话,那么现在肯定属于宇宙 探索 的 前期准备工作 。
现阶段在宇宙中,我们更多地是 以观察和探测为主 ,但随着 科技 的发展,探测的方式和对象也渐渐发生改变。
一开始我们只能 使用望远镜在陆地上观测天上发光发亮的恒星 ,后来我们渐渐能观察到不发光的行星、卫星、小行星,再后来我们可以 将飞行器送进太空中 ,检测太空的真空环境与地球大气层的区别。
直到现在,我们可以将探测器发送到火星、金星、甚至 太阳系边界 去,甚至我们可以将人类送到太空环境中常住,也可以 采集附近天体的样本 。
而今天文章的主角 ,就是一台协助飞船从小行星上采集样本的 德国探测器 ,它 在距离地球3亿公里外的位置向地球传回了许多图片和数据 。
由日本宇宙航空研究开发机构(以下简称JAXA)研发的 隼鸟2号 ,于2014年从地球上出发。
隼鸟2号上装备了两种推进器,一种是 化学燃料推进器 ,主要在需要瞬间加速的时候使用,另一种是 离子推进器 ,这个推进器的推进力一般只有几十毫牛级别,这个力度在地球上只能推动动一张A4纸,但在宇宙空间中却能持续不断地提供加速度。
隼鸟2号之所以同时装备两种探测器,原因是它的 探索 目标相当复杂,它既需要有 持续的动力 可以支撑它在太空中随意移动,有需要降落在小行星上进行 数据收集 ,收集完之后又需要较大的推力让它 摆脱小行星的引力 。
隼鸟2号的主要目标是一颗名为 龙宫 的小行星,这个小行星在地球和火星之间的轨道上运行,属于太阳系形成初期时产生的小行星,因为一直没有与其他星体发生物质交换,所以直到现在,龙宫小行星的物质 与46亿年前刚刚组成太阳系的物质几乎一样 。
由于距离比较远,隼鸟2号用了 三年半 的时间,才于2018年到达龙宫附近。到达之后,隼鸟2号的第一个任务就是 给龙宫小行星拍一个三百六十度无死角全身照 ,在自拍照的同时收集其各项数据。
拍完照片之后,隼鸟二号还需要登陆龙宫小行星 采集小行星上面的样本 ,采集的目标主要有两项,一是小行星表面的 土壤和宇宙尘埃 ,二是采集的地下的 岩石样本 。而想要完成这两个目标,只靠隼鸟二号是不够的,它还需要帮手才行。
我们的主角德国机器人—— 小行星地表探测器 (MASCOT)正式登场。
德国机器人的主要任务就是搜集小行星表面的信息,通过它找到适合隼鸟二号着陆的地点。但是这个机器人的 寿命并不长 , 最多只有17个小时 ,因此它必须抓紧时间的侦查。
2018年10月3日,机器人登陆登陆龙宫。准确地说,它是被直接 扔 到龙宫上的,作为一个地面探测器,它与我们所熟知的月亮车、火星车都长得不一样,它长得 像一个四四方方的盒子 。
作为一个探测器,它还是需要四处移动才能收集到更多的信息。一个盒子要怎么移动呢?其实很简单,只需要 在机器人的两面都装上一个弹射挡板 。就像扇贝一样, 利用挡板开合的力量 ,将机器人 弹起来 ,在空中翻转几圈再落下,机器人就可以往前一段距离。
龙宫小行星的直径只有1公里左右,小行星的重力十分小, 只有地球重力的十万分之一左右 ,所以 龙宫的逃逸速度是厘米级的 ,也就是说,只要机器人弹跳的力量太大,让它的速度超过几十厘米每秒,就能会直接 被弹出太空 。
因此机器人弹跳一次需要十五分钟左右,每次弹跳还需要 内置的动能滚轮 将它的速度降下来。正是因为重力太小了,所以 才没办法使用轮子移动 ,不然被一个小石子颠一下,可能整个探测器就直接升空了。
解决了移动问题后,德国机器人就能开始四处收集龙宫上的数据信息,它主要 通过照片收集地表的物质构成,同时还收集地表温度、地表的结实程度等信息 。
在机器人的摄像头下,我们第一次近距离观测了小行星的地表,与我们想象中的不一样,小行星的地表并不是平滑圆润的,表面基本 以碎石碎块为主,尘埃和土壤十分罕见 。
科学家们推断,这可能是因为小行星的 重力太低 ,而且也没有大气层的束缚,所以 质量低的尘埃更容易从小行星上逃逸而去 。
此时问题就来了,一个满是石头的不平整的表面,十分不适合隼鸟二号的登陆,唯一的解决办法就是在机器人的17小时生命中 尽快找到适合降落的地点 。
幸好在登陆之前,隼鸟2号已经提前在远距离 用几个月的时间全面检测了龙宫的地貌 ,再结合机器人的探测结果,最后还是 于2019年2月22日成功登陆龙宫小行星 。
在采集了地表的岩石和土壤样本后,隼鸟2号就飞离小行星表面了。但是登陆采集只能收集到小行星表面的样本。
而小行星地表的重力太小,就算在表面登陆,隼鸟2号也 没有能力在小行星上打洞采集地壳内部的样本 ,即便用钻头钻探,也只会是隼鸟2号整台机器都被钻头顶起来,在小行星表面的隼鸟2号此时就 像棉花一样轻 。
于是科学家们选择了另一个办法采集样本,让隼鸟二号 离开龙宫小行星 ,然后在小行星上空,发射了了一颗铜制的金属弹,而且还 使用炸药为金属弹加速 ,加速后的铜弹在龙宫表面 撞出一个陨石坑 。
这是人类 第一次在太空外主动使用武器攻击天体 ,在撞击之后,陨石坑附近有大量的小行星尘埃扬起,然后隼鸟2号在距离人造陨石坑二十米左右的距离 二次登陆 。
但隼鸟二号并不能像德国机器人一样在小行星表面进行移动,但它降落时推进器将陨石坑附近的尘埃吹起来了,于是隼鸟2号 将这些扬起的尘埃收集起来 ,总算是完成了第二个任务。
两种样本采集成功后,隼鸟2号开始返程之旅,于2020年12月5号回到地球环绕轨道,然后样本回收舱分离投放到地球上,隼鸟2号的任务正式完成了。
经过隼鸟2号的探测,龙宫小行星与地球的距离只有 15亿~6亿公里左右 ,一般认为只有距离地球750万公里以内的小行星才会有较大的撞击威胁,因此龙宫小行星的 威胁程度并不高 。但因为龙宫的 直径达到一公里 ,所以即便距离远了许多,但依旧有一定可能会 被地球的重力所捕捉到 。
这次隼鸟2号登陆小行星,其中一个重要目标就是测量龙宫的重力大小还有它的质量,方便科学家们计算这颗小行星撞击地球的几率。
除此以外,从小行星采集到的两种样本,让科学家们获得了 5.7克重的沙土 ,科学家们此前通过观测,曾认为龙宫小行星上可能蕴含有水分和有机物,而通过对着5.7克沙土样本的检测,让科学家 确信小行星上是有水的 ,但并 没有发现有机物的存在 。
虽然在龙宫小行星上没有找到有机物的存在,但是经过科学家们对天体多年的研究,他们发现宇宙间存在许多组成蛋白质的前置物质—— 氨基酸 。
组成生命的基本单位蛋白质就是由20种不同的氨基酸组装而成的,然后蛋白质在地球形成初期时,组成了 第一个原核生命 ,于是生命就此诞生。
通过科学家们对太空的不懈 探索 发现,宇宙中氨基酸与水都属于普遍存在的物质,因此他们认为 宇宙中出现生命是一件必然存在的事情 ,对龙宫等小行星的探测结果更是从侧面证实了这一事实。
很多人也许不能理解为何要大费周章派飞船去探测小行星,在大多数人的脑海中,小行星只不过是一颗超大的石头而已,并没有什么值得看的地方。
但实际上,探测小行星是人类必须做的事情。因为小行星主要分为两种,一种是 恒星系形成时就产生的小型天体 ,另一种则是 被太阳重力捕捉到的恒星系外的天体 。
在太阳系中,绝大多数小行星都是前者,也就是说大多数小行星都与太阳系同根同源,研究小行星的构成可以 帮助科学家们更加精准地掌握太阳系的起源和宇宙间物质的分布情况 。
科学家们正是通过研究小行星的构成发现,宇宙中普遍存在水,大大多数情况下都是 以固态冰的形式存在于小行星之上 ,这些小行星一旦落在温度超过0度的行星上就会 转化为液态水或者气态的水蒸气 ,这个研究证明,地球上水分的出现并不是一个偶然,宇宙中出现生命的几率将会大大增加。
除了研究物质构成,人类还必须收集小行星的各项参数以便于我们可以 精准地预测小行星的运行轨迹 ,我们知道6500万年前,称霸地球两亿年的 恐龙 正是因为 小行星撞击地球 引发的全球性恶劣环境而 灭绝 的。
因此我们必须时刻 提防小行星的下一次撞击 ,所以我们更加需要获得小行星的准确密度和质量,确保我们能准确计算每一颗已发现小行星的运动轨迹,保证在它撞击地球之前我们能有足够的时间做出相应的 防御措施 。