明天，这颗小行星将被带来地球

将外太空的一块碎片捧在手心，会是什么感觉？美国航空航天局（NASA）的奥西里斯王号小行星探测器（Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer，OSIRIS-REx）在经历了7年的任务后即将返回地球，很快，一批幸运的科学家就会体验到这种感觉。这个探测器将从近地小行星贝努（Bennu）的表面带回来一小罐石块和尘土。“贝努是一颗来自太阳系早期的时间胶囊，我们即将打开它，成为第一批看到里面有什么的人，光是讲到这里都能让我起鸡皮疙瘩。”埃米·霍夫曼（Amy Hofmann）说道，她是NASA喷气推进实验室的一位同位素地球化学家，也是此次任务的一员。

包括霍夫曼在内，大约有200名科学家将收到OSIRIS-REx带回的部分货物。探测器将在今年9月24日释放样本返回舱，样本返回舱将快速穿过地球大气层，依靠降落伞降落在美国国防部犹他州测试训练场内。如果一切顺利，回收团队会用直升机将它送到一个便携式洁净室中，移去隔热罩，拆掉外壳，然后将它空运回美国休斯顿的约翰逊空间中心，那里有专为它准备的设施。科学家会在那里小心翼翼地打开内层容器，将它送到手套箱中，隔绝一切外界污染，从而拿到那些曾经到达过地球表面的小行星的原始碎片。（陨石也是不错的选择，但是穿越大气层时无保护的烧蚀会改变它们的成分。）

这些样本会揭示太阳系最初诞生时的状况，其中又有哪些化学成分存在，比如氨基酸等——这些物质对生命的出现至关重要。“OSIRIS-REx开头的‘O’实际上代表生命的起源（origin of life），我们想理解在这些生命前体物质被送往地球的过程中，这些富碳小行星扮演着怎样的角色。”美国亚利桑那大学的丹蒂·S.劳蕾塔（Dante S. Lauretta）说道，她是这项任务的首席研究员。

OSIRIS-REx 在距离贝努约24 千米处拍摄的图像。

图片来源：NASA/Goddard/University of Arizona

OSIRIS-REx于2016年发射，2018年抵达贝努。它在这块太空巨石周围运行了两年，期间分别用机载相机、光谱仪以及其他设备进行了测量。这些扫描揭开了贝努的很多秘密，比如相比于一个坚固的整体，它更像是一团被松散捆扎在一起的石子；又比如它上面还有含水矿物。不过最重要的收获还是收集到的小行星样本。美国普渡大学的行星科学家、这项任务的研究员米歇尔·汤普森（Michelle Thompson）说：“我们拥有地球上最先进的技术，还有充足的时间和庞大的研究团队。我们有能力进行协调分析，用多种不同的技术观察同一份样本——这种能力无可替代。而样本的返回则是行星科学分析的开端。”

2020年10月，航天器靠近小行星，快速地接触到它的表面。执行采样任务的是接触即走采样装置（Touch-and-Go Sam-ple Acquisition Mechanism，TAGSAM），这是一条机械臂，能喷出氮气搅动岩石和尘埃，将它们送入位于机械臂头部的漏斗状收集器中。劳蕾塔说：“它看起来像是一台空气净化器，只是空气是我们自带的。”采集过程中拍摄的图像表明，采样装置挖到了大量物质，一些多出的样本甚至卡到了TAGSAM系统外面。

制图：珍 ·克里斯琴森（Jen Christiansen）

地球上的科学家打开TAGSAM后，OSIRIS-REx团队能拿到四分之一的样本，他们又会将这些样本从约翰逊空间中心分发到全球各地的实验室。其中4%的样本会交给加拿大，他们也为任务作出了贡献。至少0.5%的样本会被送往日本，2010年和2020年，日本执行的两次“隼鸟”任务将世界上第一批小行星样本带回了地球。而剩下的70%则将被封存，任何人都不能接触，至少现在是这样。“就像阿波罗任务一样，我们想为未来的科学家保存大多数样本。新的问题会不断产生，未来的工具也会更加先进，我们想确保在那之前，我们没有把所有样本都用掉。”美国亚利桑那大学的科学家安德鲁·雷亚（Andrew Rya）说，他是OSIRIS-REx样本物理和热分析工作组的负责人。

对于像贝努一样的小行星，即使是最初步的科学发现都能显著扩展我们对它的认知。雷亚的团队将会测量：这些物质传导热量的能力；岩石颗粒中分子间的距离是多少；使碎块结合在一起的力又有多强。探测器在环绕贝努时，科学家曾对这些数据作出过估计，将预估结果和测量结果相对比，也能在远程测量其他小行星时使结果变得更准确——如果我们未来需要偏转向地球袭来的小行星，这种能力或许会变得至关重要。

数据来源：“OSIRIS-REx, Returning the Asteroid Sample,” by Thomas M. Ajluni et al. IEEE Aerospace Conference Paper, March 2015; and “OSIRIS-REx: Sample Return from Asteroid (101955) Bennu,” by Dante S. Lauretta et al., in  Space Science Reviews,  Vol. 212; August 2017 ( primary references ) 

霍夫曼将会用一种名为静电场轨道阱（Orbitrap）的特殊质谱仪分析她的样本，识别其中由不同同位素构成的特定有机分子，并对比它们的数量。例如，如果研究人员发现样本中某种特定分子中有大量碳-13（一种稀有、稳定的碳同位素，比一般的碳原子多一个中子）取代了碳-12的位置，他们就能推断出这些化合物形成时的温度。“在OSIRIS-REx最初被提出时，这些测量技术甚至还是不可能实现的，它相当于专用于行星科学的刑侦技术。”霍夫曼说道。

汤普森计划用电子显微镜研究贝努在漫长的时光中如何经受其他太空岩石的冲击，以及如何被太阳表面喷出的高能粒子侵蚀。对样本开展的其他实验也将给出相应的结果，将这些测量结果结合起来，就能获得太阳系早期的全面图景，从而了解它是如何演化成今天这个样子的。“我们要解答的问题非常丰富，从理解和描述太阳系的基本组成成分，到探寻这些物质的物理特性，都在预期涵盖的范围中。这项任务的结论将彻底重塑我们对这类天体的认知。每个人都应为此感到兴奋。”汤普森说道。

本文选自《环球科学》2023年8月刊。

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