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中国首个小行星/彗星穷游(探测)筹划,安排上了!|迈向太空

肖波我爱你 2019-6-16 04:56 544人围观

本年初,嫦娥四号着陆器和巡视器顺遂告竣 " 人类初次着陆于月球反面 " 的成绩,而接下来,月球正面采样返回的嫦娥五号,以及火星着陆和巡视使命,也已经近在面前。

但我们对星辰大海的寻求绝不会止步于此。

本年 4 月中旬,中国国家航天局正式公布 [ 1 ] :中国的第一个小行星探测使命,已经给安排上了!

太长不看:

1. 这是中国的第一个小行星探测筹划;

2. 目的是地球的一颗准卫星,还要采样送回地球;

3. 好不轻易飞一回,哪能只去一颗小行星;

4. 以是接下来,还会去探测一颗主带彗星;

5. 这个筹划大概会定名为——郑和号

花一次钱,去两颗星

综合思量本钱和服从,我国的第一次小行星探测使命总体计谋是 " 多目的、多使命、多功能、多阶段 ",说白了就是一次使命探测多个天体,完成只管丰富的探测。

对于比火星更远的天体,多使命探测是一种很常见的方案。究竟去这么远的地方必要很多多少年才气抵达目的,要是一次就去拜望一个天体,未免有点太奢侈了。假如拜望多个天体的话,不但能省钱,也能让远在地球上的我们阶段性地收到探测数据,不消苦苦等上数十年乃至更多年。

多使命探测最经典的例子,大概是至今仍在工作的观光者 1 号和 2 号。发射于 1977 年 9 月 5 日的观光者 1 号,于 1979 和 1980 年先后拜望了木星和土星体系,而同年 8 月 20 日发射的观光者 2 号探测器则更加牛掰,于 1979、1981、1986 和 1989 年先后拜望了木星、土星、天王星、海王星,把外太阳系的全部四颗大行星一扫而空。

只飞掠了木星和土星的观光者 1 号,和飞掠了木星、土星、天王星、海王星的观光者 2 号 | 维基

另一个经典的多使命探测的例子,是客岁刚刚竣事使命的黎明号,又译作曙光号,一次使命在 11 年里先后拜望了两颗主小行星带天体——灶神星和谷神星(详情拜见:宇宙穷游指南:曙光号花最少的钱,看最出色的天下 | 迈向太空)。

黎明号,先后探测了灶神星(右)和谷神星(左) | NASA

而咱们这次小行星使命呢,是筹划通过一次发射先后探测两个目的近地小行星 ( 469219 ) 2016 HO3主带彗星 133P/Elst-Pizarro

第一个目的:近地小行星 ( 469219 ) 2016 HO3

一看名字就知道,这是一颗新近发现的小行星—— 2016 代表它被发现的年份。2016 年 4 月 27 日,位于夏威夷哈莱亚卡拉天文台的的泛星筹划望远镜(Pan-STARRS 1)初次观测到这颗小行星。

泛星筹划望远镜初次观测到 2016 HO3(绿圈中) | Pan-STARRS [ 2 ]

固然咯,既然是夏威夷发现的,那么照例会被取上一个夏威夷语名字,好比之前的星际来客奥陌陌(‘ Oumuamua)就是夏威夷语名字。究竟上,连前次的网红黑洞也有一个夏威夷语名字 Powehi。而2016 HO3的夏威夷语名字是 Kamo oalewa,意为 "(轨道)不绝振荡的天体 "。

近地小行星 ? 2016 HO3 是一颗阿波罗型小行星,这类小行星会运行到地球轨道内部去,因此偶然会非常靠近地球,是从地球出发的探测器比力轻易在短时间内拜望的一类小行星。JAXA 的隼鸟号当年拜望的糸川(25143 Itokawa)、隼鸟 2 号正在拜望的龙宫(162173 Ryugu)、NASA 的冥王号正在拜望的贝努(101955 Bennu),都是阿波罗型小行星。

2016 HO3 的轨道(白色) | 维基

假如仅仅是离得近,那也没什么特殊特别的。? 2016 HO3 的极其特别之处在于——它是咱们地球现在个头最小、离地球近来、也是轨道最稳固的一颗 " 准卫星 "。

啥叫 " 准卫星 " 呢?简朴来说,就是一颗小行星和一颗行星靠得很近,同时这俩的公转周期还根本一样。效果就是,只管这俩都是绕着太阳公转的,但从行星的视角来看,这颗小行星简直就像跟屁虫一样甩不开,总是在本身跟前晃悠——不是卫星,但 " 相伴 " 而行,亲如卫星。

准卫星 2016 HO3 到地球的均匀间隔比月球远得多,始终在地月间隔的 38-100 倍之间,并没有真的被地球的引力所俘获而成为卫星 | DSI

看动画更清晰▼

视频泉源:NASA [ 3 ]

停止现在,咱们地球有 5 颗已知的准卫星: ( 164207 ) 2004 GU9、 ( 277810 ) ? 2006 FV35、2013 LX28、2014 OL339 和 ? 2016 HO3。? 2016 HO3 是此中最小的一颗,直径据估计不敷百米,大概只有 40 多米。 [ 4 ]

一方面,人类之前从没有探测器拜望过这类小行星,可以说对这类小行星外貌的具体环境一无所知。另一方面,这类小行星间隔较近,又相对轻易抵达。这让人类的第一次准卫星探测,既不至于难度太大,又能对新发现布满等待

除了中国,欧洲有个叫作 Beyond Altas 的私家探测筹划也瞄上了准卫星 2016 HO3 [ 5 ] 。不外呢,看这个项目标网站先容,进度好像还停顿在 ppt 阶段。

Beyond Altas 使命概念图 | Beyond Altas [ 5 ]

多说一句。虽说是 " 离地球近来的一颗准卫星 ",但由于大行星引力的影响,准卫星的轨道并不稳固。也就是说,它们并不会永久伴随地球。更正确地说,这些小行星会在准卫星轨道和马蹄形轨道之间反竿迫椿 [ 4 ] 。

所谓 " 马蹄形轨道 ",是指以行星(地球)为参考系,小行星不停在日地拉格朗日 L4-L3-L5 的马蹄形范围内反复震荡。

马蹄形轨道(青色线圈定的地区),和准卫星轨道同为 1:1 轨道共振模式中的一种 | 维基

动图更清晰▼

马蹄形轨道的一个典范的例子:小行星 ( 419624 ) 2010 ? SO16(粉色线)在 1600 到 2500 年之间相对于地球(蓝色点)的轨道 | 维基 /Phoenix7777

而咱们如今的这颗准卫星 2016 HO3,也执偾在约莫 100 年前才成为了地球的密切小同伴,这场伴随估计会在约莫 300 年后竣事 [ 4 ] 。

1960-2020 年间,2016 HO3 相对于地球的位置变革 | JPL

(别担心,300 年还很长呢,究竟咱们也就能活个 100 岁吧)

? 第二个目的:主带彗星 133P/Elst-Pizarro

啥,小行星带里也有彗星?!

在很长一段时间里,人们不停以为彗星只有两个泉源:迢遥的柯伊伯带和更加迢遥的奥尔特云。然而这统统在 2006 年前后发生了改变。

最初发现于 1979 年、今后不停平平无奇地游荡在小行星带中的一颗小行星1979 OW7,忽然显现出了典范的彗星特性:它在 1996 和 2002 年两次被明白观察到了喷发尘土的征象 [ 6, 7 ] 。

1996 年 8 月 7 日 , Eric W. Elst 观测到小行星 1979 OW7 彗星一样平常的 " 尾巴 " | ESO [ 8 ]

这颗小行星随后被临时定名为 P/1996 N2,再厥后以 1996 年初次观测到其彗星特性的两位天文学家—— ? Eric W. Elst 和 Guido Pizarro 的姓氏定名为彗星 133P/Elst-Pizarro。不外,它的小行星永世编号 7968 倒是保存了下来。

这是主小行星带中发现的第 1 颗彗星

不久后的 2005 年 10 月 24 日,第 2 颗位于主小行星带中的彗星 P/2005 U1 ( Read ) 被不测发现 [ 9 ] 。同年 11 月 26 日,第 3 颗如许的彗星118401 ( 1999 RE70 ) 被发现 [ 10 ] (后更名为 176P/LINEAR)。

至此,天文学家正式提出了" 主带彗星 "(MBCs)如许一个新的彗星种类。这类小天体完全位于主小行星带中,有着稳固的轨道,却体现出典范的彗星特性 [ 10 ] 。

对于主带彗星这种 " 新品种 ",人类的相识可以说是极其有限。主带彗星到底是怎样形成的?为什么会忽然开始活泼?没有人知道答案。

比力确定的一点是:至少一部门主带彗星上应当是富含挥发性物质的,尤其是水冰。由于它们显现出彗尾的时期,与它们飞掠克日点附近的时期刚好符合,阐明这些彗尾正是受热挥发产生的。

以彗星 133P/Elst-Pizarro 为例,这颗彗星 1996 年初次被观测到活泼的彗星特性时,正是在它飞掠克日点期间,而在今后的 3 次飞掠克日点期间(这颗彗星每 5.62 年绕太阳一圈),天文学家也准期观测到了它的彗尾。

133P/Elst-Pizarro 每到克日点附近就会开始活泼,这和传统彗星由于水冰受热挥发而产生彗发彗尾的过程好像并无二致 | 论文 [ 11 ]

假如主带彗星上确实富含水冰,加上它们应当也很轻易受到大天体的引力扰动或小行星 / 彗星相互之间的撞击而撞上地球,那地球上的水会不会就泉源于这类邻近的彗星群呢?主带彗星的外貌特性和构成身分,又跟传统的彗星有什么区别?

只管科学家已经依据地基望远镜作出了大量观测和推断,但对此小的天体(几公里宽),照旧有太多题目只能等候探测器近间隔造访才气揭开大概验证答案了。

而中国这次对准的,正是彗星 133P/Elst-Pizarro。

2002 年 9 月 7 日,夏威夷大学 2.2 米口径望远镜拍摄到的主带彗星 133P/Elst-Pizarro | ? 论文 [ 7 ]

究竟上,欧空局曾在 2015 和 2016 年提出过一个叫作卡斯塔利亚号(Castalia)的探测使命,也对准了同一颗彗星,筹划对它举行一系列近间隔探测,但遗憾的是,该使命并没有被其时的 Cosmic Vision 项目选中 [ 11 ] 。

欧空局操持中的 Castalia 使命概念图 | ESA [ 11 ]

幸亏,这个提案并没有被完全 pass。颠末进一步的美满,Castalia 使命有望在 2028 年发射,如许可以在2035 年抵达彗星 133P/Elst-Pizarro,赶上 2030 年活泼之后的下一次克日点活泼 [ 11, 12 ] 。

按时间算来,这次中国是计划要争先啦!

? 3 年一个小目的,7 年一个大丰收

按照国家航天局公布的规划 [ 1 ] ,中国的这次小行星探测使命将接纳长征三号乙运载火箭,于西昌卫星发射中央发射。别的,从现在由中国空间技能研究院在本年月球与行星科学大会(LPSC)发表的择要 [ 13 ] 来看,假如这一使命在 2022 年发射,那么日程安排大概是:

1

2023 年抵达近地小行星 2016 HO3,围绕这颗小行星举行一系列近间隔遥感探测,并择机收罗 10 克以上的小行星样本;

2

约 2024 年脱离这颗小行星,返回地球;

3

在 2024 年左右飞掠地球,同时把小行星样本返回舱丢回地球(历时 2-3 年的第一阶段使命完成);

4

剩下的小分队继承飞掠地球和火星(引力助推),前去位于火星和木星之间的主小行星带;

5

约 2030 年抵达主带彗星 133P/Elst-Pizarro,刚好赶在这颗彗星又一次飞掠克日点之前,再围绕这颗彗星举行约莫 1 年的近间隔遥感探测(历时约 7 年的第二阶段使命完成)。

假如在 2022 年发射,小行星使命的开端进度规划 | 制图:尞祡;改编自择要 [ 13 ] ?

使命重,难度大

根据国家航天局公布的载荷方案征集 [ 1 ] ,本次小行星使命开端筹划携带8 台科学仪器,包罗:中视场彩色相机、热辐射光谱仪、可见红外成像光谱仪、多光谱相机、探测雷达、磁强计、带电粒子与中性粒子分析仪、灰尘分析仪。

随着探测使命的渐渐睁开,我们将借助这些科学仪器,一点一点揭开 2016 HO3 和 133P/Elst-Pizarro 的秘密面纱 [ 1 ] :

起首,是小行星 2016 HO3 的巨细、外形、外貌形态、物质分布、内部布局等;

然后,是对送回地球的小行星样品举行实行室分析,相识 2016 HO3 的年事、矿物构成、与已有陨石样本的异划一;

再然后,是相识主带彗星 133P/Elst-Pizarro 的构成和形貌、邻近空间情况,以及大概的水和有机物等信息。

这些实地探测效果不但可以资助我们追溯这两颗天体的形成和演化汗青,还能进一步资助我们探索太阳系形成之初的原始信息、地球上水和生命的劈头、彗星与星际空间的相互作用机制,等等。

固然,这次使命的难度之大,也是显而易见的。且不说多使命探测的各种不确定性,仅仅是近间隔围绕探测十米级的小行星并采样返回,也已经人类尚无前例的挑衅了。

面临重力云云薄弱的小行星,怎样进入它的围绕轨道?2016 HO3 自转非常之快,半个小时就能自转一圈,怎样着陆并收罗样本?

更况且,我们对这两颗小行星 / 彗星的外貌险些一无所知,全部的精致探测筹划都只能得到现实抵达、看清晰之后才气开始规划。

固然尚未官宣,但据中国空间技能研究院的陈诉 [ 13 ] ,这个项目很大概会被定名为 "郑和号"。

我信赖,不消多说,各人也知道这个名字的意义和分量。这个名字里,拜托了我们对星辰和大海的抱负,另有不懈的寻求。

初次探测地球准卫星

初次探测十米级小行星 + ? 采样返回

初次探测主带彗星

……

作为中国的初次小行星 / 彗星探测筹划,如许一个极具胆识、勇气和豪情的探测方案,当得起这个名字。

致谢

本文感谢小龙哈勃的审稿和对本文提拔所做的资助 ~

参考文献

[ 1 ] 国家航天局 | ? 小行星探测使命有用载荷和搭载项目机会公告

http://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758839/c6805886/content.html

[ 2 ] http://earthsky.org/space/asteroid-2016-ho3-earth-second-moon-constant-companion

[ 3 ] NASA | Small Asteroid Is Earth's Constant Companion

http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=6537

[ 4 ] ? de la Fuente Marcos, C., & de la Fuente Marcos, R. ( 2016 ) . Asteroid ( 469219 ) 2016 HO3, the smallest and closest Earth quasi-satellite. ? Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ? 462 ( 4 ) , 3441-3456.

[ 5 ] ? http://beyondatlas.org/about/

[ 6 ] ? Elst, E. W., Pizarro, O., Pollas, C., Ticha, J., Tichy, M., Moravec, Z., ... & Marsden, B. G. ( 1996 ) . Comet P/1996 N2 ( Elst-Pizarro ) . ? International Astronomical Union Circular, ? 6456.

[ 7 ] ? Hsieh, H. H., Jewitt, D. C., & Fern á ndez, Y. R. ( 2004 ) . The strange case of 133P/Elst-Pizarro: A comet among the asteroids. ? The Astronomical Journal, ? 127 ( 5 ) , 2997.

[ 8 ] ? Strange comet discovered at ESO

http://www.eso.org/public/images/eso9637a/

[ 9 ] ? Read, M. T., Bressi, T. H., Gehrels, T., Scotti, J. V., & Christensen, E. J. ( 2005 ) . Comet P/2005 U1 ( Read ) . ? International Astronomical Union Circular, ? 8624.

http://www.cbat.eps.harvard.edu/iauc/08600/08624.html

[ 10 ] ? Hsieh, H. H., & Jewitt, D. ( 2006 ) . A population of comets in the main asteroid belt. ? Science, ? 312 ( 5773 ) , 561-563.

[ 11 ] ? Snodgrass, C., et al. "The Castalia mission to main belt comet 133p/Elst-Pizarro." ? Advances in Space Research ? 62.8 ( 2018 ) : 1947-1976.

[ 12 ] ? http://sites.google.com/site/castaliathemission/

[ 13 ] ? Zhang, X., et al. "ZhengHe-A Mission to a Near-Earth Asteroid and a Main Belt Comet." ? Lunar and Planetary Science Conference. Vol. 50. 2019.

[ 14 ] 小龙哈勃的微博 http://weibo.com/1705147594/HqiL81MIq

作者:haibaraemily

编辑:Steed

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