客观日本

隼鸟2号,获得了解太阳系历史的成果,建立新体制探索新的小行星

2022年08月23日 海洋宇宙

“隼鸟2号”探测器返回地球一年半,它顺利地带回了在小行星克服许多困难采集到的样本,探测计划并没有因此而结束,更多的科学成果将会在今后面世。研究人员已开始分析样本,6月份公布了让人类加深了解太阳系的关键成果。与此同时,隼鸟2号探测器正驶向预定9年后到达的另一颗小行星,并在不久前刚刚重启了用于加速的电力推进离子发动机。在探测计划迎来节点之际,研究团队举行了记者发布会,宣布建立新的开发体制。

9个世界首次,“竟然做到了这么多事情”

“用数字打分的话,会让(今后的隼鸟2号计划)的研究人员难堪……所以我给画两朵‘小红花’。”

6月29日,在位于相模原市的宇宙航空研究开发机构(JAXA)宇宙科学研究所举行的发布会上,媒体记者请津田雄一项目经理对取得的成果打分时,他谦虚地给出了上述回复。另一方面,津田介绍说,当初设定的11项成功标准——从“利用离子发动机推进飞行器抵达小行星”,到“取得关于地球、海洋和生命物质的新科学成果”均获得了成果,还实现了“在小行星上形成人工撞击坑”、“采集行星地表下物质”、“回收C型(碳质)小行星物质”等9个“世界首次”科研成果。津田雄一自豪地表示:“客观地评价的话,那就是women 竟然做到了这么多事情。”

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津田雄一项目经理(右二)等研究团队成员在隼鸟2号模型前举行记者发布会(6月29日,摄于相模原市中央区的JAXA宇宙科学研究所)

装有隼鸟2号在小行星“龙宫”上采集到的样本的回收舱于2020年12月6日降落在澳大利亚的沙漠中。研究人员在现场提取了内部气体后,回收舱两天后送达宇宙科学研究所。在真空状态下的专用设备中打开回收舱,确认取得了约5.4克的样本,远远超过了100毫克的最低设想。之后研究人员在充满氮气的装置中对多个样本进行了基本观察和记录。2021年5~6月将其中的部分样本分发给了包括从事初步分析的6个团队在内的8个团队继续分析和记录。研究团队除了向美国宇航局(NASA)提供样本外,还收到了来自国内外科学家的研究提案并提供了样本。除此之外,采集到的样本还在各地的博物馆和公共设施面向普通公众进行了巡展。

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(左)2021年1月,在JAXA专用设施内从龙宫样本中提取大颗粒样本;(右)在龙宫上形成人工撞击坑后采集到的含地下物质的样本(图片均由JAXA提供)

明确太阳系形成期的物质是“日本的责任”

6月10日,作为专业分析团队的第一份报告,由北海道大学等组成的“化学分析团队”发布了象征着龙宫样本科学价值的成果。该团队对样本中所含的66种元素进行分析后发现,龙宫样本与保留了太阳系形成时期的元素成分的“Ivuna型碳质陨石”非常相似。

Ivuna陨石是1938年降落在坦桑尼亚的陨石。这种类型的陨石在地球上共发现了9个,被认为是了解太阳系历史的“标准样本”。龙宫样本的元素成分和同位素比与Ivuna陨石十分相似。部分差异被认为是Ivuna陨石坠落到地球上之后,在地面上长期受到污染和风化所致。这也就是说,没有变质的龙宫样本才是“人类迄今为止获得的最原始的太空样本”(隼鸟2号团队),今后可能被广泛用作太阳系标准样本。另外,可能还需要重新审视此前基于陨石分析取得的成果。利用龙宫样本取得的相关成果已经发布在美国科学期刊《Science》上。

曾担任隼鸟2号项目科学家的名古屋大学教授渡边诚一郎(行星形成理论)强调说:“(Ivuna型碳质陨石)为迄今为止的太阳系科学奠定了基础,其元素种类和同位素比一直是各种涉及行星材料和分布的假说的基础。虽然被指出存在污染和风化的可能性,但此前一直难以证明,此次获得的龙宫样本可谓是宝贵的样本。目前,我们只分析了所拥有样本不到10%的量。今后将利用剩余的样本彻底弄清太阳系原始物质到底是什么样的。这是日本对世界的行星科学义不容辞的责任。”

前身可能是冰天体,龙宫的起源逐渐清晰

长期以来,人们一直认为龙宫是原始天体碰撞破碎后,碎片重新聚集形成的。结合隼鸟2号在探测中的观察以及冈山大学等其他研究团队的样本分析结果,关于小行星龙宫的更详细的历史逐渐浮现出来——据推测,龙宫的原始天体可能是在距离木星轨道较远的外侧形成的冰天体,在太阳系诞生数百万年后,放射性同位素的衰变热导致冰体变质,同时产生了各种矿物和有机物,之后在木星和土星的引力作用下,该天体向太阳系内侧移动,并与其他类型的小行星碰撞,碎片重新聚集后才形成了小行星龙宫,在此期间,冰层蒸发,变成了充满缝隙的天体物质小行星。

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(左)隼鸟2号拍摄的龙宫(供图:JAXA、东京大学等);(右)形成人工撞击坑后采集的样本之一。长2.1mm,重2毫克(供图:JAXA)

基于这样的形成历史以及从样本中检测出来包括异构体在内的23种氨基酸等成果,龙宫等小行星为地球带来海洋和生命材料的假说开始再次受到关注。被称为美国版隼鸟号的探测器“OSIRIS-REx”预定明年9月份将小行星“贝努(Bennu)”的样本带回地球,届时通过与隼鸟2号的样本进行比较,有望取得更深入的成果。渡边说:“取得初步成果后,将再次公布小行星整体的情况。”

在宇宙科学中,公众的注意力往往集中在探测器的动态上。而探测器传送到地球上的数据需要研究人员之后花费很长的时间进行分析,并以论文等形式变成科学见解。目前全球的研究人员仍然在研究半个世纪前的美国阿波罗飞船采集到的月球岩石。隼鸟2号采集的样本也并非全部立即分发给科学家。其中60%将被保存起来,留给分析技术可能比现在更先进的未来使用。

未来9年将继续小行星之旅

与此同时,2014年12月3日发射,到2022年7月8日已经升空2774天的隼鸟2号目前正朝着小行星“1998KY26”航行。为了加速,2022年6月28日启动了离子发动机,预定加速航行到10月前后。隼鸟2号将于2026年7月接近小行星“2001CC21”,进行观测的同时利用引力加速,预计在2027年12月和2028年6月两次接近地球后,于2031年7月抵达小行星“1998KY26”。

1998KY26是直径约30米的球状小行星,远远小于直径约1千米(赤道)的龙宫,自转周期仅10分钟左右。隼鸟2号的目标是获取探测这类天体的探测技术。这种大小的天体每隔一百~几百年就会与地球冲撞一次,对其进行探测有助于制定灾害对策等。隼鸟2号此次的探测为单程航行,将不会再返回地球。

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随着研究体制的改变,隼鸟2号的标志也进行了更新。记者发布会结束后,研究团队的成员在上面签名。最左边为探测器运行组长三桝裕也(6月29日,摄于相模原市中央区的JAXA宇宙科学研究所)

6月30日,“隼鸟2号项目”解散,研究体制全面转向以1998KY26为目标的“扩展项目”。以前的项目在组织上直接归JAXA管理,而“扩展项目”则归JAXA宇宙科学研究所领导。津田将继续项目经理的身份,首席研发人员三桝裕也将担任“探测器运行组长”。

三桝参与隼鸟2号的工作已经超过10年,是一位始终在致力于宇航器航行控制的年轻科学家。在记者发布会上,他干劲十足地表示:“隼鸟2号已经达到了设计寿命的终点,随时都可能发生状况。我将竭尽所能,稳步推进隼鸟2号的运行,尽量延长其寿命以带来更多的好消息。”

“连接人类智慧,采用最尖端技术的终极基础科学”

科学技术如何为人类的生存和发展做出贡献的问题经常被提及。一年半以前,在隼鸟2号返回地球记者发布会还沉浸在喜悦的气氛中时,笔者询问了津田一个严厉的问题:“这样的太空探索是否能不仅仅取悦部分太空迷,而是能丰富整个人类的智慧吗?”。当时未能把对这个问题的回答写进报道里,但如果把它一直封存在我的大脑里,那就太可惜了。虽然有点晚,但笔者还是想将津田当时的回答作为这篇文章的结尾。

“科学家们相信,发现科学知识可以让人类变得更加富有,让世界变得更加美好。探索未知是人类的好奇心使然,是一种天性,科学探索让这种好奇心朝着更美丽和更好的方向发展。求知欲可能存在于每个人身上,但科学任务并不是每个人都能完成的,需要有一定的余量和执行的基础。幸运的是,作为拥有这些,或者说可以想象这些的科学家,我们必须去探索与开拓。科学并不以一定要立即对眼前的事物有用为目标。太空探索是利用最尖端技术的终极基础科学。在太空探索中取得的发现一定会以某种方式丰富人类整体的知识与智慧。”

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隼鸟2号向地球释放装有小行星样本的回收舱的示意图(供图:JAXA)

原文:草下健夫/ Science Portal 编辑部
翻译编辑:JST客观日本编辑部

日语原文

【相关链接】

• JAXA「 はやぶさ2プロジェクト」(日文)

• JAXAプレスリリース「 小惑星探査機『はやぶさ2』初期分析 化学分析チーム研究成果の科学誌『Science』論文掲載について」(日文)

• JAXAプレスリリース「 小惑星探査機『はやぶさ2』Phase-2キュレーション成果論文の日本学士院紀要掲載について」(日文)

• JAXA「 はやぶさ2拡張ミッションの愛称とロゴマーク」(日文)

• NASA「 OSIRIS-REx(オシリスレックス)」(英文)