小行星樣本何其珍貴?采集回來(lái)卻取不出來(lái),科學(xué)家急了
來(lái)源:科普中國(guó)
發(fā)布時(shí)間:2024-02-21
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從遙遠(yuǎn)的小行星上采集樣本是極其艱難的航天工程,目前沒(méi)有幾個(gè)國(guó)家能做到。要實(shí)現(xiàn)小行星采樣歸來(lái),除了需制造出能夠穿越遙遠(yuǎn)深空的高可靠性高適應(yīng)性的無(wú)人探測(cè)器,還要具備精準(zhǔn)的導(dǎo)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(diǎn)點(diǎn)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(niǎo)號(hào)和隼鳥(niǎo)二號(hào),以及美國(guó)NASA的奧西里斯-REx。

隼鳥(niǎo)號(hào)2003年發(fā)射,2010年從小行星系川采樣返回,歷時(shí)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(jì);隼鳥(niǎo)二號(hào)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(lái)5.4克砂礫樣本。

就是這么一點(diǎn)點(diǎn)小行星樣本,科學(xué)家們通過(guò)分析,填補(bǔ)了許多人類對(duì)太陽(yáng)系的認(rèn)知,其中最重要的發(fā)現(xiàn)是,樣本中至少含有兩萬(wàn)種化學(xué)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(xué)家確信,地球生命極有可能是天外來(lái)客,生命的種子是通過(guò)隕石帶到地球,再孕育進(jìn)化出來(lái)的。研究依然在繼續(xù),隨著發(fā)現(xiàn)的不斷深入,將對(duì)太陽(yáng)系的形成和生命誕生的奧秘會(huì)有越來(lái)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(dòng),近年來(lái)越來(lái)越成為航天大國(guó)熱門(mén)競(jìng)爭(zhēng)的課題。美國(guó)2016年發(fā)射的奧西里斯-REx探測(cè)器,同樣歷時(shí)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(cè)器,而且采回的樣本量比較大,由此科學(xué)界對(duì)這次樣本期望很大??墒牵?jīng)歷了千難萬(wàn)險(xiǎn)采集回來(lái)的樣本由于密封罐被卡住了,打不開(kāi)蓋子,于是樣品在里面呆著,科學(xué)家們一時(shí)束手無(wú)策,只能干瞪眼。

可能有朋友會(huì)說(shuō),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(kāi),用鐵棍撬也能撬開(kāi),那些影視中的驚天大盜,進(jìn)入最緊密堅(jiān)硬的金庫(kù)或基地都如入無(wú)人之境,難道這些科學(xué)家連盜賊也不如?

其實(shí),這種想法是把從外星采集回來(lái)的樣品看得太簡(jiǎn)單了,這些樣品遠(yuǎn)比地球上任何寶貝都貴重多了。就是從月球采集回來(lái)的樣品,一克也至少價(jià)值百萬(wàn)元,如嫦娥五號(hào)制造發(fā)射花費(fèi)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(jià)值,每克就達(dá)到170多萬(wàn)元,這還不包括許多科學(xué)家研究的費(fèi)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(niǎo)二號(hào)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(jìng)達(dá)近2800萬(wàn)美元;而NASA的奧西里斯-REx探測(cè)器總投資達(dá)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(dá)822萬(wàn)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(lái)到地球后為了保證其純潔性,就必須采取最嚴(yán)密的密封措施,不能接觸半點(diǎn)塵埃,也不能讓地球環(huán)境的一絲氣體接觸到這些來(lái)自天外的寶貝,這就要求探測(cè)器在遙遠(yuǎn)太空取樣后執(zhí)行一系列復(fù)雜的封封措施,回到地球后也需要特殊的封閉設(shè)施中才能打開(kāi)。

這些復(fù)雜操作包括:探測(cè)器如何采樣如何密閉運(yùn)輸和開(kāi)啟樣本艙、如何取出樣本密封裝置、如何開(kāi)啟密封的樣本罐、如何取出樣本,每一步都要十分精準(zhǔn),才能保證樣本的原始狀態(tài)。這些在探測(cè)器設(shè)計(jì)時(shí)就有詳盡考量,整個(gè)步驟方法在探測(cè)器歸來(lái)前數(shù)月就實(shí)戰(zhàn)演練了一番。

奧斯里斯-REx探測(cè)器的采樣回收過(guò)程大致為:

奧西里斯-REx探測(cè)器于2016年9月發(fā)射,2018年抵達(dá)貝努后,圍繞著這顆小行星觀測(cè)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(cè)器噴出氮?dú)鈹噭?dòng)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(shí)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(tuán)松散的石子吸附在一起的,這種組成讓探測(cè)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(cè)器將頭部的采集器收進(jìn)探測(cè)器底部的樣本艙,通過(guò)搖動(dòng)確認(rèn)樣本艙已經(jīng)密封并被安全鎖定后,于2021年7月開(kāi)始返航,并于2023年9月回到地球,在美國(guó)猶他州釋放了返回艙,并實(shí)現(xiàn)了軟著陸,然后,這艘已經(jīng)完成使命的探測(cè)器飛掠地球,進(jìn)入一個(gè)環(huán)太陽(yáng)軌道過(guò)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(shí)內(nèi)送到休斯敦約翰遜空間中心的專門(mén)潔凈室,將采集器轉(zhuǎn)移到手套箱中。

意外偏偏在這個(gè)時(shí)候發(fā)生了,研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)密封罐口被卡住了,無(wú)法打開(kāi)被封存的大量樣本。雖然看起來(lái)這種卡住只要適當(dāng)工具就能打開(kāi),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(xué)家們只能干瞪眼,迄今還沒(méi)找到方法!

也就是說(shuō),并非沒(méi)有辦法打開(kāi)被卡住的樣本采集器,而是由于極端潔凈的手套箱中無(wú)法送入任何拆解工具,才讓科學(xué)家們束手無(wú)策。如果只是平常罐體,任何一個(gè)正常人采用常規(guī)工具就能打開(kāi),但這是每克成本達(dá)到426萬(wàn)美元的貝努小行星樣本,不允許摻入一個(gè)地球物質(zhì)分子。

那么,從幾十億公里采集回來(lái)的樣本難道就廢了?其實(shí)也沒(méi)有那么嚴(yán)重,相反還得到了更多驚喜:科學(xué)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(wù)原本計(jì)劃一共帶回樣本質(zhì)量為60克,現(xiàn)在還沒(méi)打開(kāi)密封的采集器罐體,就已經(jīng)超額17.5%完成任務(wù)了。

貝努小行星樣本約30%將分發(fā)到全球有關(guān)的實(shí)驗(yàn)室,供200位科學(xué)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(huì)保存70%的樣本,暫時(shí)封存起來(lái),供更多的科學(xué)家們?cè)谌舾赡旰筮M(jìn)一步研究。而被卡封在樣本罐中的剩余樣本,相信科學(xué)家們不久就會(huì)找到打開(kāi)的“扳手”而解封。

科學(xué)家們不惜花費(fèi)巨資,從遙遠(yuǎn)小行星取回這點(diǎn)塵土,有許多人不理解,認(rèn)為花這么多錢(qián)和高科技,多研究研究地球,多救濟(jì)一些還處于貧困的窮人多好。當(dāng)然,這種工作也有許多科學(xué)家在做,但科學(xué)家們與普通民眾不同的是更高瞻遠(yuǎn)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(yáng)系的真相,弄清地球是如何形成的,生命與人類的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)。弄清這些,將給人類未來(lái)的延續(xù)和發(fā)展,規(guī)避宇宙災(zāi)難起到關(guān)鍵性作用,讓人類繁衍之路能夠走得更遠(yuǎn)。

因此,對(duì)小行星的遠(yuǎn)征探索將繼續(xù)下去,中國(guó)的小行星探索計(jì)劃也已經(jīng)啟動(dòng),有望在2024年發(fā)射首顆小行星探測(cè)器,一次探測(cè)兩顆天體,即一顆小行星和一顆彗星。未來(lái)有關(guān)小行星探測(cè)會(huì)將會(huì)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


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