發掘小行星秘密的新任務（上）

2013年2月15日星期五，所有人都在目不轉睛地盯著天空。他們正等待著小行星367943 Duende破紀錄地與地球擦身而過。這塊直徑30米的岩石將在距離地球僅有28萬公里的地方飛過，從地球赤道上空的同步氣象和通信衛星群中穿過。正當全世界的人都在盯著同一個方向看時，另一顆小行星從大家的視線後方向地球撞了過來，並在俄羅斯車裡雅賓斯克市（Chelyabinsk）上空爆炸。

這顆突如其來的小行星爆炸產生的碎片化作流星墜向地面。小行星的直徑估計有20米，爆炸產生的火球比太陽還要明亮，點亮了清晨的天空。爆炸地點附近有六個城鎮的建築物都被損毀，大約有1500人在爆炸中受傷，被送入醫院治療。面對這個令人震驚的事件，大家不約而同地提出一個問題:科學家既然知道Duende小行星會貼著地球飛過，怎麼會沒察覺到車裡雅賓斯克小行星在靠近呢?

兩個任務，一個目標

對這個問題的回答不只限於一顆淘氣的小行星，而是需要我們熟知遙遠又暗淡的小行星們的軌道和物質構成。現在，有兩個空間局正在著手解決這個問題。

今年9月，美國宇航局（簡稱NASA）把奧西里斯王號小行星探測器（簡稱OSIRIS-REx）送入太空。這是繼日本航天局（簡稱JAXA）的小行星探測項目隼（發音：sun，第三聲）鳥2號之後的又一次小行星之旅。兩個探測器預計在2018年到達它們的探索目標，並計劃在其地表著陸，收集岩石。

除地球之外，人類只在兩顆行星——月球（阿波羅項目）和小行星25143（糸川）（隼鳥2號的先驅者所進行的大膽任務）——採集過原初物質的樣本，所以，這些小行星無比珍貴。正是它們將會幫助我們解決追蹤近地小行星這個難題。

在隼鳥2號空間探測器發射之前，科學家們正在幾近完工的探測器旁工作著。（圖片來源：JAXA）

奧西里斯王號和隼鳥2號正在向著那些圍繞太陽公轉且距離地球較近的小行星飛奔而去。它們的探索目標因此被統稱為近地天體(簡稱NEOs)。隼鳥2號的目標是小行星162173（竜宮），其直徑只略大於500米，並且其飛行軌道不會對地球構成威脅。奧西里斯王號要追蹤的是小行星101955（貝努）。它的個頭比竜宮小了一半，卻有可能會撞上地球。

2014年12月3日，隼鳥2號升空。現在，它正在前往竜宮小行星的路上。它將在2018年抵達目的地。（圖片來源：JAXA）

奔向竜宮小行星的隼鳥2號在上天一年後，從距離地球34萬公里處飛過，拍下了上面這張照片。（圖片來源：JAXA）

絕大多數小行星都居住在小行星帶。那是一個位於火星和木星之間的帶狀區域。碰撞會改變小行星的軌道，使其離開適意的居所，靠近地球。它們的新軌道取決於太陽和行星的引力作用，還有難以琢磨的太陽輻射壓。

當太陽光直射在小行星上，其表面吸收了太陽光的能量，再以熱的形式把能量散發出去。由於小行星在升溫的同時，也在自轉著，這兩個過程之間存在一個時間差。自轉導致小行星的散熱方向與吸熱方向不同。這樣的結果就好像你在接到一個球以後，再把球傳給站在你右手邊的人。接球的反衝力與扔球的投擲力方向不同，因此你會感受的一個力的作用，這叫做雅爾可夫斯基效應（Yarkovsky effect）。

當天體吸收太陽光時，太陽光會在某個方向上對天體施加推力，從而改變它的運動軌道，這叫做雅爾可夫斯基效應（Yarkovsky effect）。當天體以熱量的形式釋放能量時，也會受到這種效應的作用。（圖片來源：ASTRONOMY: ROEN KELLY）

雖然地球也受到雅爾可夫斯基效應產生的推力，但這個力太小了，對地球的運動幾乎不產生任何影響。即便對小行星來說，這個效應的作用也不大，但經過長時間的積累，它能改變小行星的軌道，構成真正的困擾。

太陽光產生的雅爾可夫斯基效應其方向和強度與小行星的類型和形狀有關。不同的物質，其吸熱速率和散熱速率也不同，而且地形會使小行星地表的一部分永遠處於陰影之中。這就是為什麼小行星的運動如此難以預測的關鍵所在：科學家對小行星的物質構成缺乏足夠的了解，無法準確地計算出雅爾可夫斯基力的大小。

貝努目前正運動到金星和火星之間，每六年它就會從地球身邊經過。雖然它還不會立刻撞向地球，但它卻有兩千五百分之一的幾率會在22世紀末與地球相撞。它是目前已知撞擊地球幾率最高的小行星之一。

竜宮和貝努的運動軌道都與地球的公轉軌道有交叉，但在未來幾百年里，貝努撞上地球的機會更大。（圖片來源：ASTRONOMY:ROEN KELLY）

預測貝努在未來幾年的運動情況只是一方面，雅爾可夫斯基效應經過幾十年的積累作用，給它在未來200年的運動帶來不確定因素。奧西里斯王號的主要目標就是盡量準確地記錄貝努的運動情況，以便測量太陽光的推力。這將有助於限定貝努的命運，也將極大地改善對其它近地天體的預測。

生命的開端

不過，如果只是探察未知小行星帶來的末日威脅，那麼這兩個項目只完成了一半任務。對隕石的研究表明，許多小天體都曾經有水，因此帶著有機分子。這些有趣的發現引出了這樣一種可能性——地球上的生命可能來自於太空。

地球生命起源的具體過程仍然是一個謎。大多數描述太陽系形成的理論認為，構成地球的乾燥塵埃因為溫度太高而無法留住地球現有的水量。年輕的乾旱地球從帶有冰塊的隕石那裡獲得水，形成海洋。在這樣的水運輸中，可能還包含著第一批有機分子。為了證明這個理論，科學家需要找到一顆與之相似的帶冰岩石。它必須仍然在太空中運動著，還未被地球生命污染過。

流星與威脅地球的近地小行星相似，其來源地主要有兩處。第一批是來自於冥王星以外的太陽系區域的彗星。這些彗星的物質成分主要是冰，在朝向太陽運動時，由於受熱而形成獨特的彗尾。但是，科學家對彗星周圍的水蒸汽進行測量後發現，它們並不是地球的「送水員」。

彗星帶來的水大都含有太多的氘——帶一個中子的氫原子，其質量比不帶中子的氫原子質量大。氫元素與氧結合生成水分子。2014年12月，根據對67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星的研究，歐洲空間局的「羅賽塔」研究團隊得出結論，認為地球上的海洋不可能來自於這群彗星。

第二個選項是小行星。地面觀測表明，竜宮小行星上可能有富含水的礦物質。這些物質肯定是在潮濕的條件下形成的。雖然竜宮的個頭太小，無法留住液態水，不過，其母體小行星所含的水可能使它富含有機分子。

同樣的事也可能發生在貝努身上。兩顆小行星都是含碳的球粒隕石。這類天體形成於太陽系早期，在過去的45億年里幾乎沒有發生任何變化。這使得它們與那些撞擊早期地球的隕石非常相像。因此，這些天體攜帶的任何分子在過去很有可能被運送到地球上。

明天再續 登陸小行星。

原文標題：New missions mine asteroid secrets

作者：Elizabeth Tasker 原文來自：Astronomy Posted：2016年4月刊

編譯：京晶 （編譯版權所有，未經許可請勿轉載）