從遙遠的小行星上采集樣本是極其艱難的航天工程,目前沒有幾個國家能做到。要實現(xiàn)小行星采樣歸來,除了需制造出能夠穿越遙遠深空的高可靠性高適應性的無人探測器,還要具備精準的導航能力、高分辨的成像能力、高智能自控鉆探采集技術(shù),穿越數(shù)十億公里茫茫深空,歷經(jīng)九死一生,才能將一點點樣本帶回地球。
目前,在深空帶回小行星樣本的只有日本隼鳥號和隼鳥二號,以及美國NASA的奧西里斯-REx。
隼鳥號2003年發(fā)射,2010年從小行星系川采樣返回,歷時七年行程約60億公里,只取回了小于10微米的顆粒1500粒,質(zhì)量只能以毫克計;隼鳥二號2014年發(fā)射,從小行星龍宮上采樣于2020年返回地球,只采集回來5.4克砂礫樣本。
就是這么一點點小行星樣本,科學家們通過分析,填補了許多人類對太陽系的認知,其中最重要的發(fā)現(xiàn)是,樣本中至少含有兩萬種化學成分,其中有20種氨基酸,還發(fā)現(xiàn)了液態(tài)水,這是人類首次在地球以外發(fā)現(xiàn)的生命之源。
由此,許多科學家確信,地球生命極有可能是天外來客,生命的種子是通過隕石帶到地球,再孕育進化出來的。研究依然在繼續(xù),隨著發(fā)現(xiàn)的不斷深入,將對太陽系的形成和生命誕生的奧秘會有越來越多的發(fā)現(xiàn)。
因此,探索小行星是世界航空航天的重要活動,近年來越來越成為航天大國熱門競爭的課題。美國2016年發(fā)射的奧西里斯-REx探測器,同樣歷時7年行程64億公里,從小行星貝努采集了樣本,于2023年9月24日回到地球,釋放的樣本艙在猶他州成功著陸。
這是NASA發(fā)射的第一艘小行星采樣探測器,而且采回的樣本量比較大,由此科學界對這次樣本期望很大??墒?,經(jīng)歷了千難萬險采集回來的樣本由于密封罐被卡住了,打不開蓋子,于是樣品在里面呆著,科學家們一時束手無策,只能干瞪眼。
可能有朋友會說,樣品都回到地球了,而且是人類制造的容器,怎么可能打不開,用鐵棍撬也能撬開,那些影視中的驚天大盜,進入最緊密堅硬的金庫或基地都如入無人之境,難道這些科學家連盜賊也不如?
其實,這種想法是把從外星采集回來的樣品看得太簡單了,這些樣品遠比地球上任何寶貝都貴重多了。就是從月球采集回來的樣品,一克也至少價值百萬元,如嫦娥五號制造發(fā)射花費30億元人民幣,取得月樣1731克回地球,如果僅算這些月樣的取回價值,每克就達到170多萬元,這還不包括許多科學家研究的費用。
而小行星取樣,距離和難度都比月球取樣大多了,如日本隼鳥二號投資約1.5億美元,從小行星龍宮帶回5.4克樣本,每克耗資競達近2800萬美元;而NASA的奧西里斯-REx探測器總投資達10億美元,從小行星貝努上取回樣本121.6克克,每克耗資也達822萬美元。
因此小行星取回的樣本是地球上最珍貴的寶貝,這些寶貝來到地球后為了保證其純潔性,就必須采取最嚴密的密封措施,不能接觸半點塵埃,也不能讓地球環(huán)境的一絲氣體接觸到這些來自天外的寶貝,這就要求探測器在遙遠太空取樣后執(zhí)行一系列復雜的封封措施,回到地球后也需要特殊的封閉設施中才能打開。
這些復雜操作包括:探測器如何采樣如何密閉運輸和開啟樣本艙、如何取出樣本密封裝置、如何開啟密封的樣本罐、如何取出樣本,每一步都要十分精準,才能保證樣本的原始狀態(tài)。這些在探測器設計時就有詳盡考量,整個步驟方法在探測器歸來前數(shù)月就實戰(zhàn)演練了一番。
奧斯里斯-REx探測器的采樣回收過程大致為:
奧西里斯-REx探測器于2016年9月發(fā)射,2018年抵達貝努后,圍繞著這顆小行星觀測了兩年,2020年才快速接近貝努表面,采樣方式是在靠近貝努表面的瞬間,探測器噴出氮氣攪動貝努地表的巖石和塵埃,將這些飛起的樣本掃入收集器里。
事實上,直徑約490米的貝努小行星并不是一整塊星際巖石,而是由一團松散的石子吸附在一起的,這種組成讓探測器能夠吹起較多的巖石塵埃,收集到了大量的樣本,以至于多出的樣本卡在了采集器的外側(cè)。
完成采樣后,奧西里斯-REx探測器將頭部的采集器收進探測器底部的樣本艙,通過搖動確認樣本艙已經(jīng)密封并被安全鎖定后,于2021年7月開始返航,并于2023年9月回到地球,在美國猶他州釋放了返回艙,并實現(xiàn)了軟著陸,然后,這艘已經(jīng)完成使命的探測器飛掠地球,進入一個環(huán)太陽軌道過起了退休生活。
NASA的工作人員收到返回艙后,小心翼翼的將其送到附近的便攜式潔凈室,拆除樣本艙的隔熱罩和外殼,取出其中的采集器,在24小時內(nèi)送到休斯敦約翰遜空間中心的專門潔凈室,將采集器轉(zhuǎn)移到手套箱中。
意外偏偏在這個時候發(fā)生了,研究團隊發(fā)現(xiàn)密封罐口被卡住了,無法打開被封存的大量樣本。雖然看起來這種卡住只要適當工具就能打開,但在異常潔凈的手套箱中,放入任何工具都有可能破壞樣本的純潔度,因此科學家們只能干瞪眼,迄今還沒找到方法!
也就是說,并非沒有辦法打開被卡住的樣本采集器,而是由于極端潔凈的手套箱中無法送入任何拆解工具,才讓科學家們束手無策。如果只是平常罐體,任何一個正常人采用常規(guī)工具就能打開,但這是每克成本達到426萬美元的貝努小行星樣本,不允許摻入一個地球物質(zhì)分子。
那么,從幾十億公里采集回來的樣本難道就廢了?其實也沒有那么嚴重,相反還得到了更多驚喜:科學家們已經(jīng)從樣本密封罐的外部就已經(jīng)取得了70.5克樣本,而本次任務原本計劃一共帶回樣本質(zhì)量為60克,現(xiàn)在還沒打開密封的采集器罐體,就已經(jīng)超額17.5%完成任務了。
貝努小行星樣本約30%將分發(fā)到全球有關(guān)的實驗室,供200位科學家研究,其中有4%交給了加拿大,0.5%交給了日本。NASA在約翰遜空間中心至少會保存70%的樣本,暫時封存起來,供更多的科學家們在若干年后進一步研究。而被卡封在樣本罐中的剩余樣本,相信科學家們不久就會找到打開的“扳手”而解封。
科學家們不惜花費巨資,從遙遠小行星取回這點塵土,有許多人不理解,認為花這么多錢和高科技,多研究研究地球,多救濟一些還處于貧困的窮人多好。當然,這種工作也有許多科學家在做,但科學家們與普通民眾不同的是更高瞻遠矚,更想弄清宇宙的真相。
探索小行星研究小行星就是想弄清太陽系的真相,弄清地球是如何形成的,生命與人類的過去、現(xiàn)在和未來。弄清這些,將給人類未來的延續(xù)和發(fā)展,規(guī)避宇宙災難起到關(guān)鍵性作用,讓人類繁衍之路能夠走得更遠。
因此,對小行星的遠征探索將繼續(xù)下去,中國的小行星探索計劃也已經(jīng)啟動,有望在2024年發(fā)射首顆小行星探測器,一次探測兩顆天體,即一顆小行星和一顆彗星。未來有關(guān)小行星探測會將會發(fā)生更多精彩故事,我們拭目以待。
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參考資料鏈接:https://link.zhihu.com/?target=https%3A//www.iflscience.com/nasa-brings-back-actual-sample-of-asteroid-but-cant-open-the-lid-71285