“露西”和“赛姬”：NASA热门小行星探测任务解析

国际航天巨头们最近为什么都盯着小行星不放？...

撰文：邹小端（美国行星科学研究所）

责编：寒凌旭

审校：郑永春

NASA新年敲黑板，小行星！小行星……重要的事情说两遍。

美国东部时间2017年1月4日，假期刚结束。爱好满太阳系搞事的NASA 就公布了两个最新入选的发现（Discovery）级别低成本探测任务，他们分别是： LUCY 和 Psyche。这两个任务不包含发射和任务运行的部分，耗资均在5亿美元（折合35亿人民币）以内。重点是，这两个任务的探测目标都是小行星！LUCY 露西任务，计划于2021年发射，于2025年抵达小行星带，2027-2033年探测特洛伊群小行星。任务包括一个位于小行星带的目标和5个被木星束缚在轨道的特洛伊群小行星。这些小行星被认为极有可能是太阳系形成初期保存下来的原始化石，探访他们就是考古太阳系的历史。勘察“化石”的项目为何取名为Lucy？也许你已经猜到了，对，就是那位著名的“人类祖奶奶”古猿人。

露西任务由美国西南研究所的Hal Levison领导，它使用的科学仪器是为新视野号探测器开发的版本，对三个特洛伊小行星进行侦察，其中至少有一个是双星。可能的目标包括3548号小行星Eurybates，21900号小行星1999 VQ10，11351号小行星1997 TS25以及双星617号小行星Patroclus | Menoetius。它还将在途中顺路观测主带小行星（1981 EQ5）。 下图是她的华丽丽的轨道——绿色箭头（不愧是经济适用型任务），以及该任务的目标小行星们（满满都是野心啊，同志们）。

特洛伊群小行星的数量庞大，可能与小行星带相当！特洛伊群沿着木星的轨道，在前后拉格朗日点（L4和 L5）聚集。 根据太阳系形成的模型的研究分析得知，许多特洛伊群小行星起源于柯伊伯带；他们非常黑暗的表面暗示含有丰富的有机成分。 因此，这个任务将可能带来对更加遥远的柯伊伯带的认识。

露西任务将尝试解开的太阳系之谜包括：太阳系形成之初的条件和过程；巨行星的形成和轨道迁移；是什么因素主导了吸积和撞击过程；以及生命起源问题——原始有机物的来源是什么？该任务以目标小行星16 Psyche（灵魂女神星，简称灵神星，也译作赛姬）命名。笔者比较喜欢赛姬这个名字，跟英文发音接近，况且鸡年马上也要到了……赛姬是谁？神话中爱神丘比特（没错，就是那个胖纸）的女朋友，如果你去巴黎著名排队圣地卢浮宫，不妨去看一看下图的雕塑“吻”，比“懵逼丽莎”看得清楚，那个被“鸡翅男”吻醒的美女就是赛姬（吻醒！真是好梗传三代，烂梗用千年 ）。扯远了，赛姬任务的 PI（首席科学家）、来自亚利桑那州立大学（ASU）的Lindy Elkins-Tanton是一位女性科学家，值得一提的是她的个人经历也颇为传奇。她大学毕业以后在商业领域干了各式各样的工作了，31岁的年纪才带着儿子，以单亲母亲的身份重回校园念博士，开始科研生涯。如今她不仅仅是系主任，还是一个 NASA 任务的统帅。（这样不走寻常路的传奇，在美国科研圈还有很多很多。）

飞船计划于2023年10月发射，经过六年飞行后，于2030年抵达小行星赛姬，围绕这颗小行星展开为期20个月的探测研究。选择小行星赛姬一个主要原因，就是因为它的成分，因为与以往人类探测过的气体、岩石或冰构成的行星世界不同，赛姬是一个巨大的铁-镍金属小行星。在太阳系大行星形成的早期，某个胚胎阶段的行星遭遇了一次猛烈的撞击逃逸，外壳被撞掉了，留下了金属核（如下图），正是这块金属核形成了如今的赛姬小行星。



如果想去地球的地心历险，凭目前的科技是肯定不可能的，保证热死你、压死你。人类至今往地底下刨的深度仅仅12公里（具体来说是12262m，详情请搜“Kola Superdeep Borehole”），距离地核还有几千公里的距离。



但是，这并不意味着我们无法了解太阳系早期行星核的特征。金属小行星正是一个十分难得的窗口，让人类有机会一窥行星形成时撞击和吸积的暴力史。

16 Psyche在小行星的外部轨道，平均距离太阳约3个天文单位（AU）（日地平均距离1 AU）。它个头大，密度大，是太阳系中唯一一个已知的可以直接去勘察的，而且几乎可以肯定是原行星金属核的目标。

16 Psyche是怎么形成的呢？一种可能的情况是，很久以前，一个内部已经分异成岩石地幔和地核的原行星，遭受了猛烈的撞击，它的地幔被剥离，只留下了金属核心。或者它是某个更不可思议过程的幸存者？它能告诉我们行星是如何形成的？类地行星内部的什么？该任务的使命，就是要去确认和解答这些问题。

接近段和抵达目标后的任务阶段和流程，总体来说，会采用渐近的轨道策略，分 A、B、C、D 四个阶段，慢慢地靠近，至于最后会不会“亲”上去这颗小行星，笔者一脸严肃地八卦了一下，暂时觉得不会，毕竟人家飞船又不叫丘比特。



没有人知道一颗金属小行星的表面地貌会是什么样子，这个新世界又会给人类带来哪些惊喜？科学家们充满期待。掐指一算，小行星飞船还真是超多的。已经结束的小行星探测任务有8个。而正在工作或计划中的，除了刚刚宣布的 “露西” 和“赛姬”，还要算上接近尾声的“黎明”（DAWN）、扩展任务中的“新视野号”、已经发射正在奔往目标去“挖土”途中的隼鸟二号（Hayabusa 2）和 冥王号（OSIRIS-REx），以及首个私营航天公司的小行星探测项目 Prospector-X，和尚在预研、等待正式启动的“抓颗小行星回地球轨道玩玩”项目ARM （俗称：胳膊）和“找颗带崽（卫星）的小行星，撞一下它崽看看会怎么漂移”项目 AIDA（俗称：爱打），目前一共有9个活跃工作中的小行星探测项目。

国际航天巨头们最近为什么都盯着小行星不放？原因说起来很简单。因为，小行星不仅仅蕴含关于太阳系行星和生命起源的信息，还是“赤果果”的太空资源。人类的主要需求，无非存续+求知。于是小行星很自然地成为了一众航天机构的共同目标。按照地球物种亿万年不变的先到先得、胜者为王的原则，热闹的地外资源争夺早已在发达国家之间开打了。任务名称

任务中文名

机构

目标

时间

LUCY

露西

NASA

6颗特洛伊群小行星

2027-2033

Psyche

灵神

NASA

编号16的小行星 Psyche（灵神星）

2030

DAWN

黎明

NASA

谷神星（1 Ceres）

2015

New Horizons

新视野

NASA

2014 MU69

2019

Hayabusa 2

隼鸟二

1999 JU3 Ryugu

2018

OSIRIS-REx

冥王

NASA

101955 Bennu

2018

Prospector-X

采矿者-X

DSI (Deep Space Industries)

在地球轨道实验小行星采矿关键技术

ARM

NASA

待定

待定

AIDA

NASA

待定

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