事实如此浪漫

人类对生命起源的最雄心勃勃的探索

隼鸟2号利用它的“角”从火山口收集材料,它将使用爆炸推进弹。右下角是将留在火星表面进行持续研究的“吉祥物”着陆器。 Akihiro ikehita / JAXA

F从神话故事到火星探险,人类一直在寻找生命的答案。然而,此前从未有过像Hayabusa2号任务那样大胆的尝试。

Hayabusa2由日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)于上个月初发射,目的是研究生命的起源是否可以追溯到小行星。这些小行星是行星形成时遗留下来的岩石,类似于组装宜家(Ikea)家具后留下的令人费解的零部件。隼鸟二号的目标岩石目前在这颗红色行星和地球(离太阳第三远)之间运行。

太空旅行的距离意味着隼鸟2号要到2018年年中才能赶上小行星1999 JU3。但这仅仅是这艘飞船即将拥有的前奏。一旦隼鸟2号接近目标,它将采取一系列具有挑战性的步骤,揭示这颗小行星的过去,或许还有太阳系中所有生命的起源。如果说“菲莱”飞船在一颗彗星上的著名着陆就像把飞镖扔进一个远在大陆之外的飞镖中,那么“隼鸟2”的目标是将一组移动的微型科学家塞进飞镖中,让他们探索飞镖——然后驾驶飞镖返回家园。

该任务的主要任务是寻找水和氨基酸的迹象,这些氨基酸是蛋白质和生命基本成分的组成部分,与地球上的生物相匹配。如果真的是这样,那么我们就有证据表明,小行星既提供了生命的关键介质,也提供了生命起源的种子。

由于Hayabusa2的目标小行星只有一公里宽,其重力太弱,无法容纳液态水。但一项来自地球的观测发现了含水粘土的存在,这表明这颗小行星曾经是一个较大天体的一部分,该天体至少在其内部具有足够的重力来容纳水,但随后解体。Hayabusa2计划调查岩石并确定这些粘土的位置。然后它就要着陆了。

隼鸟二号将从小行星上收集样本并返回地球,而不是在太空中进行完整的分析。这种往返机票意味着航天器本身需要到达小行星表面——它需要亲自抓取样本,然后带回。这是一次充满危险的着陆,因为宇宙飞船和地球之间的通信将过于延迟,无法提供人类援助。隼鸟2号必须自己着陆。


1:联系

为了安全到达地面,Hayabusa2将在着陆前放下一个反射目标标记。充满小球进行反向滚动,标记将像豆袋一样降落在小行星表面,反射光线以帮助定位下降的航天器。当Hayabusa2下降到30米(100英尺)以下时,航天器将使用四个激光器尽可能精确地对准着陆点的斜坡。在小行星微弱的引力作用下,短暂的最终着陆需要平缓;如果撞击过猛,着陆器可能会弹回太空。然而,该工艺还必须提供足够的收集材料。解决办法是让Hayabusa2用子弹射中小行星。

2:子弹时间

这颗5克(1/6盎司)的子弹将以每秒300米(每小时670英里)的速度击中小行星表面,弹起可以通过长喇叭收集在Hayabusa样本容器中的小岩石。

即使有大量的计划进入任务,表面着陆的风险是巨大的。正如其名,隼鸟2号有一个前身,它在2003-2010年访问了另一颗小行星。在第一次航天器着陆期间,其中一个制导激光器在着陆地点发现了一个障碍。隼鸟号没有终止操作并返回太空,而是继续下降并反弹(9年后罗塞塔的“菲莱”着陆器也是如此)。它返回到小行星表面,但停留了30分钟,而不是原定的几秒钟。“这真的很危险,”北海道大学副教授、隼鸟2号团队的首席科学家Shogo Tachibana解释说。“小行星表面的温度非常高(有达到100摄氏度的危险),飞船在那里待太久不太好。”

虽然隼鸟号能够离开小行星并尝试第二次着陆,但搅动小行星表面岩石的子弹未能发射。这使每个人都担心收集了多少材料。

这一次,隼鸟2号团队对发射机制很有信心。不过,万一发生意外故障,他们也有一个备用计划。

3:露出牙齿的收藏家

用于收集表面材料的喇叭底部边缘衬有一排梳齿,梳齿在末端向上卷起。当Hayabusa2从地表升起时,这些齿将把松散堆积的地表岩石提升到空中。航天器随后将减速,导致移动速度更快的碎片漂移到样本罐中。

隼鸟2号为它的任务带来了各种各样的工具 法国国家空间研究中心

4:长期存在

隼鸟2号不能在小行星表面闲逛,但它会留下一个副手。“吉祥物”(移动小行星表面侦察)着陆器,由设计“菲莱”的德国和法国团队共同开发,将对小行星进行近距离分析。通过它的广角相机,“吉祥物”可以拍到小行星围绕隼鸟2号带回家的小岩石的布局。它还将派出三个小型漫游者进一步探索这个岩石迷你世界,提供来自更远地方的地质信息,并测试在这颗小行星的弱重力环境下的机动性。

5:重复访客

与此同时,重返太空的隼鸟2号将准备再次着陆。两次。

第二次和第三次着陆将使隼鸟2号能够从不同的地点收集岩石样本。在第三次降落时,隼鸟2号的目标是收集小行星表面下的物质。为此,它需要一个比5克子弹更大的撞击器。

6:一颗大子弹

小型随身携带撞击器(SCI)是一个2.5千克(5.5磅)的扁平铜盘,漂浮在小行星的弱重力中。当它从宇宙飞船上发射出来后,一个机载计时器将引爆一个附加的4.5公斤(10磅)炸药,将圆盘扭曲成一颗子弹,以每秒2公里(4500英里/小时)的速度撞击小行星表面,形成一个直径约10米(33英尺)的洞。爆炸前的延迟让Hayabusa2有时间躲到小行星后面,远离爆炸碎片造成的伤害。由于没有人想错过爆炸的乐趣,Hayabusa2将派遣一个可拆卸的摄像头观看整个过程。您可以从JAXA的动画中看到戏剧性的过程:


一旦从爆炸中安全撤离,隼鸟2号将进行最后一次降落以收集材料。

7:回家

在三次表面着陆后,Hayabusa2最后一次脱离小行星并指向地球。为期一年的返程将于2020年最后几周将航天器存放在澳大利亚内陆,其珍贵货物将被迅速运走进行分析。埋藏在这些岩石颗粒中的可能是水和氨基酸,它们与地球上的物质相匹配。

水是生命所必需的,我们的星球上有大量的水,但水的确切来源仍然是个谜。由于我们靠近太阳,我们的星球可能形成了一个干燥的世界;碰撞在一起形成地球的岩石颗粒太热,无法容纳任何冰。构成我们海洋的水很可能是后来由冰载陨石撞击而来的。这些岩石的起源一直存在争议,但越来越多的证据表明它们可能来自小行星,而不是更遥远的彗星。

更有趣的是,研究表明,氨基酸,蛋白质和所有已知生命的关键成分,是在小行星上有水存在时形成的。更重要的是,在小行星上发现的氨基酸似乎是左撇子,就像所有在地球上看到的生命一样。就像你的左手和右手一样,氨基酸可以由两个镜像结构形成。当在实验室中制造时,左旋氨基酸和右旋氨基酸的数量相等。然而,由于未知的原因,地球的生物学强烈倾向于左撇子。如果隼鸟2号证实了小行星1999 JU3上存在左手氨基酸,那就意味着这里的生命利用了它们,因为这是小行星带来的。

今天在太空中疾驰的岩石可能是数十亿年前撞击干燥地球的一对孪生岩石,给了它生命的钥匙。如果Hayabusa2号完成其艰巨的任务,我们可能很快就能确定。


Elizabeth Tasker是北海道大学的助理教授。她在家里有自己的博客girlandkat.com还有关于日本行星和生命的推特@girlandkat

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