小行星贝努样本归来，会有哪些惊喜？
转自：新安晚报
带着重约250克样本返回地球的样本舱。
工作人员检测样本舱状态。图据澎湃新闻
美国首个小行星采样探测器奥西里斯-REx（又译为冥王号）在小行星贝努上采集的样本于24日在美国犹他州盐湖城附近的一片沙漠里成功着陆。这是美国首个小行星样本返回任务，返回的岩石、尘埃等样本有助于科学家了解行星形成及地球生命起源。那么美国为何送探测器赴贝努采集样本？采样具体如何进行？这项任务可能带给科学家哪些科学和技术收获呢？
为何要到贝努小行星采样？
科学家认为，在2175～2199年之间，贝努小行星有1/2700的概率撞击地球。科学家希望通过研究其样本，确定对付这些“危险分子”的方法。
1999年，美国航天局资助的林肯近地小行星研究小组发现了小行星贝努。它的赤道直径约500米，运行轨道距离地球轨道约750万公里，很快引起了行星防御协调办公室的注意，并被归类为潜在的危险天体。
经过持续观测和精密计算，科学家认为，在2175～2199年之间，贝努小行星有1/2700的概率撞击地球，在所有类似的近地小行星中属于高风险目标。由此，贝努在众多“竞争者”中脱颖而出，成为奥西里斯-REx探测器的勘测、采样目标。显然，科学家希望通过研究其样本，了解它们的轨道和物理特征，确定对付这些“危险分子”的方法，在此基础上研究如何保护地球免受撞击危险。
其实，小行星贝努被选为任务目标，另有重要原因。科学家认为，贝努小行星有45亿年历史，它富含大量碳和其他矿物质，而且这些物质和岩石早在太阳系诞生之初就已存在了。正是由于它太古老了，其样本中很可能含有地球生命最初形成时便存在的分子物质，实属珍贵的“第一手素材”。
众所周知，地球上的生命形式都是基于碳原子链与氧、氢、氮等元素的结合。科学家则希望在贝努的样本中有全新的发现，尽可能揭示富含有机物的小行星在“催化”地球生命方面所起的作用。如果有关键发现，也许地球人就是我们寻找已久的“外星人”。
正式采样环节仅用了数秒
就在铰接臂与小行星表面接触的瞬间，探测器喷出了压缩氮气，吹卷起小行星表面的灰尘碎石，迅速将其收集到采样器中。
奥西里斯-REx探测器于2016年9月8日发射，2018年12月3日抵达小行星贝努附近。它并非急不可耐地登陆小行星“开工”，而是先在距离贝努仅1.6~2.1公里的轨道上绕行。这也是探测器首次成功地环绕体积和引力如此小的天体长期飞行。
在此后的1年多中，探测器精细地调整轨道，在各种高度上地毯式扫描小行星贝努表面的每一寸。对部分需要重点考察的区域，探测器的飞掠高度甚至低到了250米。在这些近距离考察下，贝努这个地基望远镜里的小亮点已成为人类在太阳系中最了解的小行星之一。比如，2018年底，探测器在贝努表面发现了水的痕迹。
虽然前期准备足够精细，但在采样工作正式开始前，难题又一次摆在了科学家面前。原本科学家打算在贝努表面找一块直径约50米的平坦区域作为着陆区，结果却发现贝努表面崎岖多石，最终的作业区直径只有6米。如果探测器整体着陆贝努表面，很有可能激起大量粉尘碎屑，引发电子设备短路和机械故障，因此采样过程必须尽可能地快捷高效。
为了克服全新的困难，探测器应用了全新的技术和方案。科学家起初规划使用激光测距作为探测器着陆、采样阶段的主要导航定位手段。计划变更后，科学家又设计出一种基于光学影像的备用导航定位方案——自然特征跟踪技术。简单地说，奥西里斯-REx探测器在降落过程中不断实时拍摄作业区附近的照片，将这些照片和三维地形、影像数据库进行比对，匹配特征鲜明的石块作为地标，不断更新自身的实时位置、速度和计划采样位置。如果检测到拍摄的影像里有危险障碍物，探测器还可以自主撤离。
整个采样过程持续约4.5小时，任务团队远程操作，探测器自动完成。探测器首先点燃推进器，脱离绕贝努运行轨道，缓缓靠近贝努表面。下降过程中，其太阳能电池板在探测器上方以Y字形翼状展开，以避免接触到贝努表面。
接下来，探测器伸出了末端为圆球状的采样器铰接臂，采样器头部向小行星表面尽量延伸，借助航天器缓慢下行轨道的动量，轻轻地接触小行星表面。随后，探测器采取“一触即走”式采样：就在铰接臂与小行星表面接触的瞬间，探测器喷出压缩氮气，吹卷起小行星表面的灰尘碎石，迅速将其收集到采样器中，采样探头是探测器唯一与贝努进行“亲密接触”的部分。说来话长，实际上，探测器正式作业时间不过数秒，堪称“蜻蜓点水”，完成了历时7年任务的最关键一步。
2020年10月20日，探测器利用铰接臂在小行星贝努表面完成采样。之后，探测器点燃助推器飞离小行星至安全距离。2021年5月10日，探测器启程返回地球。
随着探测器远离贝努，采样器头部在多个不同位置移动的图像被用于评估，最终显示采集样本远超过任务要求的60克，探测器可谓“满载而归”。
贝努样本可能带来哪些新成果？
样本重约250克，样本的25%将被送到多国约200名科学家手中进行研究，其余75%的样本很可能被存放数十年。
据美国航天局介绍，美国东部时间24日6时42分（北京时间24日18时42分），奥西里斯-REx从距离地球表面约10万公里的高空释放了样本舱。10时52分，样本舱在降落伞帮助下降落在犹他州盐湖城附近的美国国防部试飞训练区预定区域内。随后，任务团队把样本舱运至临时洁净室。25日，重约250克的样本将被送至位于得克萨斯州休斯敦市的约翰逊航天中心进行科学分析。
按美国航天局公布的计划，在接下来的两年里，这些样本的25%将被送到多国约200名科学家手中进行研究。其余75%的样本很可能被存放数十年。随着技术进步，各种奇妙的新想法和新技术必将涌现，美国航天局会征集各国科学家的建议，适时取出部分样本开展研究。
那么小行星贝努的样本有可能为人类带来哪些新成果？我们通过“拆分”探测器的名字，有望根据其科学目标作出预判。
奥西里斯-REx探测器的专业名称为“源光谱释义资源安全风化层辨认探测器”，英文缩写为“OSIRIS-Rex”。具体来看，O即Origins起源，科学家希望采样分析一颗富含碳的原始小行星，研究其矿物质和有机物的成分、分布、演化史；SI即SpectralInterpretation光谱解释，也就是阐释贝努的整体属性，与地基望远镜观测其他小行星的结果进行对比研究；RI即ResourceIdentification资源识别，指的是探测器要绘制贝努的全球属性、化学和矿物学地图，确定其地质演化史，助力样本研究工作；S即Security安全，探测器在一颗潜在危险的小行星上测量亚尔科夫斯基效应（一种由旋转的小行星释放热量所引发的力，这种力可以逐渐改变其轨道），并研究小行星的哪些特性引发了这种效应；REx即RegolithExplorer风化层探索者，探测器精细勘测取样区域的表面物质风化层，记录其结构、形态、化学和光谱特性等。
事实上，奥西里斯-REx探测器的任务远比普通人想象的复杂。将小行星贝努的样本送回地球后，它不会“功成身退”，而是“再踏征程”。
在地球大气层上方释放样本舱后，奥西里斯-REx点燃发动机离开地球轨道，开启名为奥西里斯-APEX的新任务，它将前往小行星阿波菲斯进行探索。据美国航天局介绍，阿波菲斯2029年将进入距地球3.2万公里的范围内。奥西里斯-APEX计划届时进入阿波菲斯轨道，观测小行星进入近地范围对其轨道、自转速度和表面的影响等。
阿波菲斯同样是潜在危险小行星，体积更小，直径约370米，预计2029年将距离地球约3.2万公里。届时，探测器将对它进行全面考察，以便研究近地小行星的运动特性。显然，探测器这样复杂的变轨机动对于地面团队是宝贵的锻炼经验。综合《中国航天报》、新华社报道