日本的小行星考古学家

Beth Ellen Clark & Kelli B. Grant
译自Sky & Telescope, Vol. 109, No. 6 (2005)一点也不夸张地说，日本的Hayabusa将是首架试图将一小块小行星物质送回地球的探测器。</>一小群来自日本和美国的科学家谨慎地走向一间超净室，这里放着一个正待开启的样品回收罐。他们从头到脚都穿着消过毒的白色防护服，紧张地围在闪亮的金属罐旁，急切地去了解里面盛放的东西。罐子里装着极少量来自小行星表面的岩石粒子。这些残破的碎片是在一颗5克重的弹丸以每秒300米的速度撞击到外星土地之后采集的，样品又飞行了1.5亿千米才抵达地球。没有人知道在经历了如此激烈的旅程后，碎片会是什么样的，但这些科学家10多年前就在盼望着这一刻了。2007年夏天，当科学家打开日本Hayabusa探测器的样品罐时，这一刻很可能会成为现实。如果一切顺利，他们将在罐中找到近地小行星25143号糸川（Itokawa）的一小块物质。小行星是太阳系形成的“剩余物”，因而与最初聚集形成地球和其他内行星的物质组份很接近。所以从某种意义上说，Hayabusa是天文考古学家，人们建造它的目的是为了带回太阳系最早期的古老石块。图片提供：A. Ikeshita (Minor Body Exploration Forum)/JAXA/ISASHayabusa（早先叫做MUSES-C）在日语中的意思是游隼，这是因为它将象隼那样猛扑下去，再攫取它的猎物。探测器于2003年5月9日在日本九州岛的鹿儿岛航天中心发射，现在距离抵达糸川只剩两个月了。这桩事对日本太空和太空航行研究所（ISAS，现与其他机构合并称为JAXA，即日本宇宙科学研究本部）来说十分重要。其最近一次行星际探测，也就是Nozomi，在2003年底以失败告终，由于减速火箭点火失败，探测器只能无望地飞过火星。　熟悉的目标小行星糸川距离地球轨道最近可达180万千米。但它并非时时是近地小行星。力学家相信，在几百万年前，木星和火星的引力作用可能将糸川拖到了小行星带之外，送入今天的古怪轨道。由于糸川距离地球如此之近，地基望远镜曾有过利用许多不同的波段细查它的机会。糸川的外形象个土豆，大小是490*180米，可能是个普通的球粒小行星——落到地球上的陨石中有85%属于这一类型。它被归为S型天体（译注：这一类型是灰色石质小行星，被认为与地球上的石陨石有关，以辉石和橄榄石为主要成分），光谱特征表明它的中心仍是很原始的，从未被加热到完全熔融的地步。但小行星糸川有它自己的古怪成分：它的表面比众所周知的普通S型天体反照率更高。S型小行星的平均反照率是20%，但糸川有23%到41%。而且尽管糸川的最外层在上百万年的太阳辐射和微陨星轰击之下可能已发生改变，但它表面的强烈色彩对比说明它的某些部分要比类似的S型天体更“新鲜”。此外，对糸川所作的红外热观测显示了极薄的风化层（模型计算表明，它可能只有1米厚）和可能的裸岩层的存在。也许在地质学意义上的最近，糸川被更小的太空岩石碰撞，露出了未变更过的物质块。利用阿雷西博望远镜的数据初步得出的糸川小行星模型，是NASA喷气推进实验室的Steve Ostro及其同事进行的一项研究工作得出的。（图片提供：Steve Ostro/JPL/NASA）　小家伙的长途旅行Hayabusa独特的原因与它的科学目标毫无关系。这架重500千克的探测器的特色在于JAXA的几项新技术。Hayabusa没有使用传统的火箭燃料，而是利用了氙离子推进引擎。这项计划还使用了自主导航技术。由于没有人知道糸川小行星的具体大小，Hayabusa需要用它自己的导航相机和激光高度计来测量它在任意给定时刻与小行星的距离——而这没有与地球的通讯迟滞。但是唯一能真正了解糸川小行星的方法就是将它的一小块物质带回地球，这也正是Hayabusa的终极使命。探测器将在距离小行星表面10千米的地方盘旋，科学家利用这段时间寻找最佳采样地点。幸运的话，探测器将带着1立方厘米（不到一茶匙的量）的样品返回地球。但这已足够革新我们关于小行星表面、小行星带形成，以及陨石与小行星之间关系的知识了。Hayabusa小组的成员Donald K. Yeomans（NASA/喷气推进实验室）说：“陨石被认为是小行星碰撞产生的碎片，而小行星科学的圣杯就是找出小行星的化学成分，并将其与地球上某类陨石的化学组分联系起来。”ISAS的行星科学家、Hayabusa小组成员Hajime Yano说，尽管我们已经分析了上千份陨星样品，但只确定了其中几个的小行星带母天体。“只有从某颗已知光谱的小天体带回样品的计划，才能填平小行星的地基观测数据与对陨星和宇宙尘埃的实验分析之间的[沟壑]。”来自NASA约翰逊航天中心的样品分析小组成员Michael E. Zolensky说：“我们可以利用这些[知识]大大提升陨石和小行星地基光谱观测的价值。”不过Yano补充说，我们需要对其他主要光谱型的小行星采样，以了解小行星的何种变量述说了太阳系的起源。2004年5月19日，Hayabusa飞掠地球，用小行星多波段成像照相机（AMICA）拍摄了这张照片在这段短暂的引力助推飞行中，探测器与地球距离为3725千米。（图片提供：JAXA/ISAS）也许更紧迫的是，由于S型天体占据了距离太阳最近的小行星的多数，它们是最有可能对地球构成碰撞威胁的了。因而科学家去了解这些太空石块内部结构进而在某颗小行星被发现将与地球碰撞时设计出使它们改变运行路线或被摧毁是十分紧要的。Yeomans说：“为减轻威胁地球的小行星的危险性，我们对付一颗曾经是彗星的松软毛球和一块固体金属铁组成的家伙的方法是很不相同的。”尽管我们已经知道了小行星糸川的一些情况，Hayabusa这样的探测任务还是必要的，从地球上的陨石样品得出的数据不足以回答内部结构的问题。Hayabusa的结果还会帮助科学家更好地了解太空风化。据他们所知，低反照率和发红的光谱是较老的小行星表面的证据。实际的小行星表面样品将使科学家得出岩石的组成与太空环境的风化给光谱带来的影响之间详尽的关系。科学界希望Hayabusa能够成功地收集到小行星碎片，这样小组成员就可以真正穿上白制服，围在返回舱旁寻找微小的颗粒。但哪怕这一场景不能发生，该计划在一个主要的前线阵地也取得了胜利：国际合作。Yeomans说，Hayabusa对每位参与者来说，都是个学习的经历。“我们都相处得很好。尽管有一些极具挑战性的目标，但到此为止它仍是个非凡的成功使命。”Beth Ellen Clark是Ithaca学院的物理学教授。她在1996年至2001年间为近地小行星会合计划工作，她当前的研究领域集中于小行星和陨石的关系上面。Kelli B. Grant是个自由科学记者。两位作者感谢Hajime Yano提供了关于此计划的图片和最新资料。内容来自 Bo Zhang's Homepage

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