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天问二号运抵西昌!这次准备带点“小行星土特产”回来~

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2025-03-07 13:46

正文


前几日, 天问二号任务探测器运抵西昌卫星发射中心,准备开启一场新的深空探测之旅! 不过这一次它的目标不再是火星,而是要去一颗小行星上“挖土”,顺便“围观”一颗主带彗星。作为我国深空探测计划的重要一环, 这不仅是中国航天技术的又一次飞跃,更是人类探索太阳系奥秘的重要一步 。今天,我们就来聊聊这场深空旅程背后的科学故事~


探秘小行星:开启太阳系的“时间胶囊”

小行星是太阳系内绕太阳运行的小型岩石天体,主要分布在火星和木星之间的一圈“碎石场”——小行星带。 这里漂浮着数百万颗小行星,它们形状千奇百怪,有的像土豆,有的像橄榄球,甚至还有长得像骷髅头的! 这些小行星是太阳系形成初期的“建筑废料”,因为不符合形成行星的条件,所以默默保存了46亿年前的原始物质。


图1.小行星带示意图(图源:http://www.kepu.net.cn/vmuseum/beyond/astronomy/sun/sun_12.html)


图2.形似骷髅头的小行星2015 TB145 (图源:https://sputniknews.cn/20230630/1051410489.html)


天问二号的目标之一是一颗名为 2016 HO3 的近地小行星。这颗小行星特别有趣, 它像地球的“小跟班”一样,始终若即若离地绕着太阳转,最近时距离地球仅1400万公里(大约是地月距离的38倍) 。虽然2016 HO3没有被地球引力捕获成为真正的卫星,但科学家预测,它将在未来数百年内保持这种稳定的伴飞状态, 成为地球最稳定的“准卫星”之一 。地球目前仅有一颗天然卫星,也就是大家所熟知的月球,因此凭借着这种稳定伴飞的性质,也有人将2016 HO3称为“准月亮”。

研究人员对小行星如此感兴趣,是因为它可能保存了太阳系形成早期的信息,这对我们了解太阳系早期的物质组成、演化历史等提供了重要的线索,是名副其实的太阳系“活化石”。


图3.小行星2016 HO3的轨道示意图 (图源:https://www.jpl.nasa.gov/news/small-asteroid-is-earths-constant-companion/)


不过,在小行星2016 HO3上“挖土”可比在地球难多了! 2016 HO3的引力约为地球上的百万分之一,几乎可以忽略不计!并且,仅需28分钟小行星2016 HO3就可以完成一次自转,这使得它像一个被不断抽打高速旋转的陀螺。 天问二号预期在伴飞过程中择机将自己固定在小行星表面,再使用机械臂执行采样任务,目标是取得100克以上的小行星样品。 大家可以试想一下这技术难度~

拜访主带彗星: 揭开311P的神秘面纱

传统理论认为,彗星主要起源于太阳系边缘的两个低温区域:柯伊伯带和奥尔特星云。 近年的光学观测发现,除了上述两个发源地之外,还存在着第三个彗星发源地:小行星带。 这类彗星,我们称之为主带彗星。主带彗星的轨道处于小行星带之内,但偶尔也会喷出气体和尘埃,像彗星一样甩出漂亮的尾巴。天问二号要探测的 311P/Pan-STARRS 就是其中之一。 311P释放出的尘埃在太阳风的作用下呈现出六条螺旋状的彗尾 ,这在小行星带中是非常罕见的现象。

图4.柯伊伯带和奥尔特星云位置示意图 (图源: 网络)


图5.主带彗星311P/Pan-STARRS (图源: https://sat.huijiwiki.com/wiki/311P)

彗星被认为是太阳系中水和有机分子的重要来源之一,一般来说,彗星在低温区域形成后储存着大量的冰,当它们靠近太阳时,冰升华成气体,裹挟着尘埃喷涌而出,形成壮丽的彗尾。 然而,主带彗星311P的发现给我们带来了新的认知——原来小行星带里也可能藏着“冰库”! 于此同时,它也给我们带来了许多新的疑问: 尘埃中是否真的含有水分子? 六个螺旋状彗尾结构如何驱动和维持稳定? 如果小行星带中真的储存着这样的冰质天体,会不会是地球上水的起源之一呢? 这些疑问在天问二号探测器成功伴飞311P后或许能够得到解答。

图6.:“天问”系列行星探测任务 (图源:人民网)

四年前,天问一号探测器在火星上首次留下中国印迹,首次实现通过一次任务完成火星环绕、着陆和巡视三大目标。如今,我们又迎来了天问二号即将出征的好消息!值得注意的是: “天问”是中国行星探测系列任务的命名,而不仅仅局限于火星探测。 未来,“天问”系列还要逐步实现火星采样返回、木星系探测等行星探测任务,逐步揭开太阳系的奥秘,更好地理解太阳系的形成与演化,揭示地球生命的起源,甚至为未来的太空资源开发奠定基础。



来源:石头科普工作室

编辑:Decoherence


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