天外揭密》上小行星採樣本,7年後回地球 美國「歐西里斯─REx」探測器升空

2016-09-09 16:35

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美國第一部小行星(asteroid)採樣探測器「歐西里斯─REx」(OSIRIS-REx)8日傍晚順利發射升空,向一顆近地小行星「貝努」(Bennu)前進,展開為期7年的採樣探測任務。「歐西里斯─REx」預計在2023年9月24日帶著採集到的樣本,藉由降落傘在猶他州的沙漠著陸。

美國小行星採樣探測器「歐西里斯-REx」(OSIRIS-REx)8日升空,前往小行星「貝努」(Bennu)採集樣本並送回地球。(AP)
美國小行星採樣探測器「歐西里斯-REx」(OSIRIS-REx)8日升空,前往小行星「貝努」(Bennu)採集樣本並送回地球。(AP)

「歐西里斯─REx」全名為「起源、光譜解讀、資源發掘以及安全表土探測船」(The Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer),其簡稱「歐西里斯」(Osiris)也是古埃及神話中的重生之神、來世之神。

「歐西里斯─REx」由「擎天神5號」(Atlas V)火箭載運,8日從美國佛羅里達州卡納維拉角空軍基地(Cape Canaveral Air Force Station)發射。它將用2年半時間測繪貝努並採集樣本,供科學家進一步研究太陽系形成和地球生命起源,以及太陽系中對地球有潛在威脅的天體。

人類史上第一個小行星採樣探測任務由日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)發起,「隼鳥號」(はやぶさ)探測器2010年6月13日由小行星「糸川」帶回的微粒樣本,也是人類首度由月球以外的天體採得的樣本。隼鳥號在宇宙中旅行了7年,穿越了約60億公里的路程。

小行星樣本研究有望解開生命起源之謎

小行星是45億年前太陽系形成時遺留的天體,科學家懷疑,小行星可能是地球和其他行星的有機分子及水的來源,而這些有機分子或許是生命的原始型態。若能從小行星取得未受汙染的樣本,科學家能針對太陽系形成、生命起源,以及小行星撞擊地球的潛在危險進行分析和研究,其成果將遠遠超越太空任務或隕石研究。

若一切順利,「歐西里斯─REx」將於2018年8月接近貝努。接著,探測器會先對貝努測繪,為2020年7月的採樣工作做準備。「歐西里斯─REx」會伸出長約3.3公尺的機械臂和貝努「擊掌」5秒──這是任務中「歐西里斯─REx」唯一一次接觸貝努──採集樣本。

美國小行星採樣探測器「歐西里斯-REx」(OSIRIS-REx)8日升空,前往小行星「貝努」(Bennu)採集樣本並送回地球。(AP)
美國小行星採樣探測器「歐西里斯-REx」(OSIRIS-REx)8日升空,前往小行星「貝努」(Bennu)採集樣本並送回地球。(AP)

美國航太總署(NASA)希望「歐西里斯─REx」至少可以帶回60公克的碎石和塵土樣本研究,「歐西里斯─REx」至多有三次機會達成目標。之後,「歐西里斯─REx」將在2021年3月離開貝努,而樣品回收艙則會在2023年9月24日著陸猶他州沙漠,並送至德州休士頓(Houston)的詹森太空中心(Johnson Space Center)分析研究。

參與「歐西里斯─REx」任務的英國科學家法蘭奇(Ian Franchi)相信,採樣任務是太空探索的未來。法蘭奇表示,實驗室裡的研究設備很多都比房車還要大,因此,在地球上可對樣本進行多樣的研究,而出任務時,太空人囿於設備,能做的研究有其限制。比如精確的溫度控制、繁瑣的準備步驟,以及對樣品物質的定年研究,都無法透過遠端操作達成,而必須在地球的實驗室裡進行。

小行星何其多 為什麼選貝努?

已知的小行星有逾50萬顆,為什麼科學家就瞄準貝努呢?

首先,貝努軌道接近地球,屬於近地天體(NEO),同時其軌道和地球相似,離心率(eccentricity)和傾角(inclination)都不大,採樣探測器較容易抵達。2008年科學家選擇目標小行星時,在超過7000顆近地天體中,只有192顆小行星的軌道符合要求。

其次,科學家考慮的是小行星的直徑。直徑小於200公尺的小行星旋轉非常快速,極可能留不住表土的物質。因此,理想的目標小行星直徑應大於200公尺,如此一來,探測器可以安全地接觸表面採得樣本。

軌道條件與體積大小都符合要求的小行星,約只有26顆,其中僅有5顆富含碳且存在已久。這表示它們在近40億年前生成以來,化學成分沒有多大改變,而且包含有機分子、易揮發物質(volatiles)和胺基酸(amino acid)。

經過層層篩選,科學家選中貝努作為「歐西里斯─REx」計畫的採樣目標。貝努是一顆「B型」(B-type)小行星,通體黝黑,直徑約500公尺,繞太陽公轉一周需436.604天。貝努每6年會以30萬公里近距離掠過地球一次,科學家預測它在22世紀(西元2111年至2200年)有可能撞擊地球。

陽光、推力、軌道 研究「亞爾科夫斯基效應」

「歐西里斯─REx」肩負的另一項任務,是研究亞爾科夫斯基效應(Yarkovsky effect)。小行星吸收陽光和釋放熱量時,會產生的微小的推動力,改變運行軌道。準確來說,這個推動力,來自於一個旋轉物體在太空中吸收的的帶有動量(momentum)的熱量光子(thermanl photon)。亞爾科夫斯基效應在直徑10公分至10公里的小型天體上較為明顯。

「歐西里斯─REx」任務的主任研究員羅瑞塔(Dante Lauretta)表示,小行星必須將吸收的能量輻射出來,這些能量就像推進器一樣,改變小行星的軌道。若想預測貝努這類的天體的運行,就必須充分了解亞爾科夫斯基教應。

亞爾科夫斯基對小行星軌道改變的幅度非常微小,但這些偏移累積數世紀後,可能升高小行星撞擊地球的危險。

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