航天航空：那隻邂逅小行星的“鳥”即將返航

隼鳥2號離開地球與其收集艙返回地麵的藝術創作畫。圖片來源：JAXA
日本的隼鳥2號航天器馬上就要回家了，隼鳥2號航天器去年從小行星“龍宮”（Ryugu）上收集了樣本，現在並將它們送回距離地球隻有數月之遙了。組成這些樣本的物質可以追溯到46億年前太陽係形成初期。這些樣本可以提供有關天體形成和地球生命啟示的新見解。但是，在此之前，如何將隼鳥2號上搭載的珍貴樣本從惡劣的太空真空中安全地送達到科學家手上還需要解決。
日本航空航天局（JAXA）與澳大利亞航天局共同宣布了隼鳥2號上樣本將於2020年12月6日降落，預計的降落地點為南澳大利亞州的122,000平方公裏，被稱為Woomera Range Complex的內陸區域。澳大利亞航天局代理副局長Karl Rodrigues說：“Woomera是一個非常偏遠的地區，這片區域非常適合安全地管理和作為這種特殊的飛船和太空艙的降落場。”
隼鳥2號的前身，隼鳥號上搭載的裝有從絲川小行星（小行星25143）上采集的百萬分之一克塵埃的太空艙也在2010年在Woommera著陸場著陸。此次飛行的原計劃會采集更多樣本，但因為在深空中發生的多次意外而受阻。隼鳥2號從小行星“龍宮”中采集的樣本規模應該會更加可觀，此次任務計劃將會采集1克的樣本。日本航空航天局並非唯一一個為樣本返回而苦苦掙紮的航天機構，2004年，美國國家航空航天局的起源號探測器的太陽離子回收艙也在返回時遇到了一些問題，其樣本艙在降落傘未能成功展開的情況下重重地摔進了猶他州的沙漠。美國太空總署的裝載有從懷爾德2號彗星彗尾中采集的樣本的星塵太空艙則在2006年的安全著陸時表現更好。


圖片來源：維基百科
隼鳥2號的設計與其前身相似，隼鳥2號探測器於2014年發射，於2018年6月到達“龍宮”小行星。在2019年2月，探測器降落到了小行星的地表並向地表發射了一個小型彈丸來試圖采集樣本（在太空艙返回地球之前沒有辦法得知此次任務是否成功采集到所需要的樣本）。2019年4月，航天器在遠處向“龍宮”發射了一個裝機器，形成了一個小的撞擊坑。然後探測器於2019年7月再次俯衝下來並抓住了因為撞擊而噴射出的樣本。去年11月，隼鳥2號終於離開了小行星軌道，開啟了為期一年的回家之旅。


圖片來源：維基百科
當隼鳥2號於12月飛躍地球時，樣本艙將會從航天器中脫離，經過在大氣層中劇烈的顛簸後，安全的開傘並返回地麵。但隼鳥2號將返回太空，繼續執行對兩個額外的小行星探測的拓展任務。地麵上，大約由10名日本航空航天局的科學家組成的小組將等候樣本艙的到來。他們將依靠無線電信標以及無人機提供的偵察來定位其精準的著陸點。科學家們的目標將是在降落後的100小時內找到樣本艙。隼鳥2號團隊的副經理Satoru Nakazawa表示：“我們也許能夠更快地找到它。“例如在隼鳥2號著陸後24小時之內，”但是考慮到可能發生的意外，尋回過程可能會花費更多時間。“
一旦樣本艙被找到之後，它將被送到Woomera附近的一個名為“快速檢查設施“的建築中。對采集回來的樣本的研究大部分將在日本東京都相模原市的外星樣本處理中心（ESCuC）進行。但是在此之前，在澳大利亞也會進行對該樣本的一些初步分析。通過樣本艙上的一個微小的觀察孔，研究團隊將會先確認樣本艙中是否由可供研究的樣本，小行星上每個著陸點會各有一個相對應的樣本容器。然後，科學家們將會把任何揮發性氣體（例如水蒸氣）給吸走，以確保這些樣本中的一些成分不會因為暴露於地球大氣中而變質。隼鳥2號的樣本分析團隊負責人Shogo Tachibana說：”在不打開容器的情況下，我們可以把容器內部的任何揮發物取出，並且將這些揮發物放入儲氣罐中進行快速分析。“
在這項初步分析之後，日本航空航天局將在樣本艙返回地球一天後將樣本送往外星樣本處理中心。在此設施的潔淨室中，樣本艙將被首次打開。其中一部分的樣本將被立刻提取出來並且存儲以供以後用更加先進的設備研究。（阿波羅任務中取得的月球樣品也進行了類似的操作，直到今日，這些樣本仍在逐步打開。）其餘的樣品將被轉移到裝有純淨惰性氮氣的室內。Tachibana說：“將對所有樣本進行處理，拍照，稱重，並進行無損光譜觀測，以備進一步分析。”
日本航空航天局的科學家將有大約一年的時間對樣本進行初步研究（任務的早期結果表明，“龍宮”盡管是由古老的材料構成，但是其可能隻在一千萬年前才形成了目前的形狀）。這項工作完成後，根據可分發的樣本數量，部分取回的樣本將被送往國際合作的研究機構進行進一步的檢測。該過程可能會與美國宇航局的小行星樣本取回任務，OSIRIS-Rex，達成交換協議，該任務計劃於2023年從小行星“貝努”（小行星101955）返回地球。OSIRIS-REx項目科學家，美國宇航局戈達德太空飛行中心的Jason Dworkin說道：“我們取得的樣本中會有0.5%被送到日本以取得隼鳥2號采集的樣本。“
然而，隼鳥2號將成為萬眾矚目的首個探測器。而且，如果一切按照計劃進行，此次任務將會使人們對於早期的太陽係有更進一步的印象，甚至可能在地球上找到人類自己的起點。科學家們將在其樣本中搜索水合礦物質，有機物質和其他生物學基礎的跡象。英國曼徹斯特大學的行星科學家Rhian Jones說：“從根本上說，我們對生命的起源非常感興趣。“這位科學家希望自己研究一些隼鳥2號帶回來的”紀念品“。“從這樣的小行星上取回樣本是研究的非常重要的一部分”，他補充道。
作者：Jonathan O'Callaghan，是一位設計商業航天，太空探索，天體物理學和其他廣泛科學領域的自由撰稿人。
翻譯：李晟愷
校準：潘燕婷
引進來源：科學美國人
引進鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/japan-prepares-for-hayabusa2s-daring-return-to-earth/


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