兩個大膽的航天器的目的是將小行星塵埃帶回地球

Shogo tachibana用恐懼迎接小行星Ryugu。

東京大學的宇宙化學家花了10年的時間幫助設計了龍古表面的任務。為了安全地降低，航天器Hayabusa2需要在小行星上找到寬闊，平坦的細粒灰塵。但是在6月27日，Hayabusa2終於達到了目標經過三年半的旅程（SN在線：6/27/18），塔奇巴納（Tachibana）出現了粗魯的覺醒：龍古被巨石覆蓋。大的。

Tachibana說：“我們找不到100％安全的地方來降落。” “這似乎是一個非常危險的地方。”

如果Hayabusa2能夠應對巨石（以及任何其他挑戰），它將成為第二個航天器，將一塊小行星帶回地球。任務將回答其前任無法的問題。原始的Hayabusa任務在2005年訪問了一個叫做Itokawa的沙子和岩石覆蓋的小行星。但是Itokawa的化學構成錯誤地解決了有關生命的重要問題，即富含碳含量的Ryugu非常適合。 Hayabusa遭受了一系列的災難，導致其遲到了幾年，而不到2,000粒寶貴的小行星粉塵。

日本航空航天勘探機構（Jaxa）的Tachibana及其同事正在依靠Haybusa2將Ryugu表面的碎片返回到2020年。如果大膽的計劃將火山口吹入小行星工作，那麼該航天器將獲得一些亞地下晶粒。

OSIRIS-REX MISSION NASA的一個姐妹項目，到達一個叫做貝努的小行星在12月將樣品帶回2023年（SN在線：12/3/18）。

這兩個航天器面臨著艱鉅的挑戰。探針必須調查其重力很小的物體，以至於陽光可以將其從軌道上撞下來。如果探測器設法拾取樣品，則航天器必須在返回地球的旅程期間保持灰塵原始。為了充分利用任務，日本和美國團隊正在努力在文化和官僚主義的鴻溝中共同努力。

但是，不確定性和焦慮是值得的。像Ryugu和Bennu這樣的小行星是太陽系中最古老，最有趣的物體之一。他們可以掌握一些最緊迫的行星問題的鑰匙：行星之前發生了什麼？生活的起源是什麼？小行星對當今的生命構成了多少威脅？

當然，行星科學家已經有成千上萬的小行星要研究。這樣的隕石每年跌至地球，為研究人員提供大量的材料來切片，研磨和檢查太陽系歷史的線索。

Dante Lauretta of the University of Arizona in Tucson, the principal investigator of OSIRIS-REx, spent the first part of his career trying to coax meteorites into telling him whether molecules necessary for life — such as nucleic acids, amino acids and phosphorus, which are structural components of DNA — could have originated inside carbon-rich asteroids like Ryugu or Bennu.

自從至少46億年前的形成以來，富含碳富含碳的小行星被認為是不變的，這使它們成為完美的時間膠囊。這樣的小行星的一些穀物可以揭示早期太陽系的製造。

對小行星的遠程研究還表明，生命的原始成分，甚至可能是生命開始所需的化學過程，甚至可能在行星生長之前就存在於富含碳的小行星上。

勞雷塔說：“我們認為像這樣的小行星可能已經將這種材料傳遞到了早期地球的表面，從而提供了種子或生命的基礎。” “如果我們可以展示[生命的前體開始，就在地球之前就開始了，我認為太陽系中其他地方有生命的可能性就會上升。”

但是，研究隕石來探索這一概念在兩個方面缺乏：很難說出它們來自哪裡，並且被污染了。一岩石擊中地球的大氣層，它就會開始積累地球生命的跡象。因此，隕石中的任何有趣的有機化合物都可以來自地球，而不是小行星的本地。沒有辦法告訴。

勞雷塔說：“我們需要富含碳的小行星的樣本來真正回答我所涉及的問題。”

打破我的一塊

到達太陽系的起源，也許是生活的起點，這使得將清潔，精心選擇的樣品帶到了塵世的實驗室。但是，航天器不能只是用鏟子挖掘。沒有像街機遊戲那樣用爪子抓住岩石。小行星是如此小 - 龍古（Ryugu）從極點到桿子約880米，而貝努（Bennu）約為510米 - 它們的重力是如此薄弱，以至於伸出手並抓住東西可以將航天器與小行星脫離路線。

因此，該航天器不會鏟或抓取，而是用長鼻的管子伸出來，要么短暫觸摸或懸停在表面上方。這項棘手的努力僅在以前嘗試過一次 - 這幾乎是一場災難。

第一個Hayabusa航天器應該使用其三個反應輪來穩定自身，因為它在Itokawa的表面附近徘徊，伸出收集管以觸摸表面，並將一顆小的子彈向下發射，以攪拌灰塵顆粒。這些塵土顆粒會將管子漂浮到無菌室中，以存放回地球。

幾乎一切都出了問題。在Hayabusa甚至到達小行星之前，有史以來最大的太陽火焰損壞了航天器的太陽能電池板及其發動機之一，使航天器放慢了速度，並將其小行星集合延遲了三個月。

一旦到達伊川（Itokawa），手工藝的兩個反應輪就失敗了，這使得飛船很難保持均勻的龍骨。 Hayabusa發行的同伴漫遊者，旨在降落在Itokawa的表面上，並測量小行星的構圖錯過了其標記並漂浮到太空中。刺耳的子彈沒有開火，因此最初不清楚飛行器是否有任何樣品。探測器的所有四個發動機在返回旅程中均一一失敗，迫使Hayabusa繞著繞道而行。

Hayabusa和Hayabusa2的任務經理Jaxa的Makoto Yoshikawa說：“這有很多嚴重的問題。”

對於Hayabusa的所有災難，該任務的故事都圓滿了結局。在各個方面，航天器2010年返回地球（（SN在線：6/14/10），抓住了1,534顆Itokawa。

新任務的策劃者從原始任務的不幸中學到了學到的東西。 Hayabusa2有四個反應輪，加油的發動機和一個更強大的通信系統，該系統將寄回更多數據，以幫助科學家計劃樣本收集。收集管的嘴裡有牙齒，即使子彈不發射，也可以將鵝卵石抬到管中。在9月，hayabusa2成功丟下了三個小登陸器在Ryugu的表面上，收集有關小行星成分，溫度和磁性的數據（SN在線：9/24/18）。

同樣謹慎，當Osiris-Rex從Bennu收集樣本時，它將僅短暫接觸小行星。勞雷塔說：“這就像五秒鐘的接觸。” “獲取樣本，然後離開那裡。”

該航天器的觸摸和行駛樣品採集機制Tagsam在機器人臂的末端具有氮氣噴射。當手臂接觸Bennu的表面時，它將釋放出一陣氮氣，以使表面折疊足以將顆粒吹入樣品收集器中。作為獎勵，樣品收集器的頭部被不銹鋼魔術貼狀的墊子覆蓋，可以在接觸時吸收表面灰塵。

遙控策略避免了錨定在小行星上的麻煩，但提出了自己的問題：沒有人知道在低重力下吹來時，顆粒的塵埃表現如何。這個開放的問題使工程師擔心。勞雷塔說：“當您接觸小行星表面是一個未知的物理區域時，實際上會發生什麼。” “我認為[表面]會像流體一樣。這是一個真正的外星景觀。”

通往瑞格的道路

當Hayabusa返回時，印第安納州西拉斐特市普渡大學的行星科學家Michelle Thompson研究了Itokawa Grains。供應有限的供應迫使科學家充分利用了樣本。湯普森博士的第一章論文寫了一個關於一個iTokawa粒子的文章，該粒子測量了50微米。

她說：“我們仍然從這些粒子中獲得了一些驚人的科學。”這些穀物證明，地球上的大多數隕石都來自石質，貧困的小行星，例如itokawa，不是含碳和碳和本努的碳（（SN在線：8/25/11）。湯普森說：“在[Hayabusa]問題的背景下，這是不可思議的數據量。”

儘管Hayabusa在2006年在太空中掙扎，但Yoshikawa的團隊已經在暗示Jaxa駕駛後續任務。到那時，吉川已經將目光投向了更具吸引力的小行星Ryugu。

Jaxa將航天器發送到Itokawa，因為它很容易到達，不是因為它在科學上很特別。但是，作為一種富含碳的小行星，Ryugu被認為由太陽系中最古老的原始材料組成。

Ryugu的名字甚至引用了一個日本民間故事的時間膠囊，其中英雄Urashima Taro從一座被龍的龍城堡中錄製了一個名為Ryugu的城堡的盒子。當英雄返回地面時，他發現300年過去了。當他打開盒子時，他變成了一個老人，因為盒子裡包含了所有經過的時間。

Yoshikawa和他的同事每年都會提出任務，並每次都被拒絕 - 直到Hayabusa於2010年回家。

吉川說，航天器的歸來受到稱讚。 “日本人很驚訝地看到Hayabusa確實來到了地球上。”一個社論日本時報認為該航天器是“高成就者”，並要求為JAXA和太空研究提供更多資金。

2011年5月，日本政府批准了Hayabusa2任務。 Tachibana，Yoshikawa和Jaxa團隊的其餘成員旨在2014年下一個發布窗口。

友好的比賽

像Hayabusa2一樣，Osiris-Rex在NASA在2011年5月選擇飛行之前多次被拒絕。由於Bennu's Orbit，直到2016年9月才能到達小行星的下一個發射機會。

Tachibana說：“當然，我們是好朋友，我們希望有一個良好的關係。” “但是與此同時，我們是競爭對手。” Osiris-Rex比Hayabusa2要大，併計劃收集高達小行星粉塵的20,000倍 - 在最佳情況下，與Hayabusa2的總數達到100毫克相比，最高可達兩公斤。 Tachibana說，為了競爭，Hayabusa2的團隊開始首先做所有事情。

勞雷塔說：“他們擔心我們要掩蓋他們。”他回憶說，團隊之間的前幾次會議很緊張。但是兩組都認為最好一起工作。

Tachibana說：“這是自阿波羅（Apollo）以來的第一次……兩個返回的歸還任務將達到相同的目標。” “美國和蘇聯無法互相交談。”那是冷戰的中間。 “這次我們可以互相交談。”

2014年11月，NASA和JAXA簽署了一份備忘錄，承諾共享數據，軟件和样本。 Jaxa將將其Ryugu樣品的10％提供給NASA，NASA將向JAXA提供0.5％的Bennu樣品。

儘管如此，兩個太空機構並不能在所有方面保持一致。 “ Hayabusa2和Osiris-Rex具有採樣的完全不同的哲學，”休斯頓NASA約翰遜太空中心的Cosmochemist Keiko Nakamura-Messenger說。她監督Osiris-Rex的樣本站點選擇，並將負責存儲樣品。

參加任務時間表：Osiris-Rex將花費一年以上的時間來詳細繪製Bennu。它的科學儀器套件，包括三個攝像機，一個激光高度計和三個光譜儀，將在團隊選擇任務的唯一採樣站點之前，在整個表面上找出小行星的構圖。

另一方面，Hayabusa2科學家選擇三個採樣站點中的第一個航天器到達Ryugu後不到兩個月，八月份（八月）SN在線：8/23/18）。最初，該團隊計劃在10月取出第一個樣本，但巨石被證明是如此困難，以至於最早將抽樣推向了2019年2月。

Hayabusa2將採樣三個地點，以捕獲小行星的礦物質多樣性。其中一個樣品將來自尚不存在的幾米寬火山口內。該航天器將通過向小行星發射兩公斤銅彈丸來創建孔，然後躲在Ryugu的另一側，以避免彈丸擊中時碎屑。目的是查看小行星的內部是否與表面不同。

在日本長大的Nakamura-Messenger說，很難想像NASA批准瞭如此瘋狂的動作。太冒險了。她說：“美國國家航空航天局的方式是：成功率必須很高。”但是她正在紮根Hayabusa2的大膽動作。

“在我心中，我是日本人，”她說。 “因此，我想，'去吧！'透明

綁定要確定

儘管如此，Ryugu的驚喜Boulder Field使Lauretta，Nakamura-Messenger和Osiris-Rex團隊對Bennu感到緊張。

勞雷塔說：“我晚上一直在醒著，預計貝努。” “一次令人著迷和令人恐懼。”

Osiris-Rex團隊適合NASA的謹慎方法，對Bennu的了解要比Jaxa在任務啟動之前對Ryugu的了解更多。 Bennu在1999年，2005年和2011年距離地球足夠近，用於射電望遠鏡以繪製小行星的形狀（儘管不夠近以揭示大量細節）。

勞雷特（Lauretta）談到該團隊在Bennu上的預賽時說：“我們為太陽系中的任何小行星彙編了天文學中最全面的數據庫。”

這些無線電測量結果使研究人員可以看到陽光如何在其軌道上輕推小行星，這一現象稱為Yarkovsky效應。當小行星在太空中滾動時，它們在一側吸收陽光，並在側面遠離陽光時將能量重新發射為熱量。輻射熱的力足以將小行星推到周圍，因此很難長期預測小行星的軌道。

Yarkovsky效應的計算產生了令人擔憂的預測：Bennu在22世紀後期有2700個撞擊地球的機會中有1個，這是任何已知的小行星的最高概率之一。

這一預測使Osiris-Rex的使命更加緊迫。測試返回的樣品將使科學家更好地了解Bennu的表面材料如何吸收並排放熱量。該信息將使研究人員對小行星將去向的預測提高預測，並幫助未來的任務來偏轉與地球太近的小行星。

只有當Bennu足夠光滑以使航天器獲得樣品。拍攝的第一批圖像正如奧西里斯·雷克斯（Osiris-Rex）在12月3日與本努（Bennu）接觸的那樣，這並沒有太多阻止球隊的恐懼。科羅拉多州西南研究所的行星科學家凱文·沃爾什（Kevin Walsh）說，用肉眼肉眼，似乎有像龍古（Ryugu）一樣多的巨石。

沃爾什（Walsh）說：“即使我們說服自己有一個沒有巨石的網站，仍然有可能以後改變。因此，我們必須看到。” “即使我們找不到完全沒有危險的地方，我們也有很多工具可以找到最少的危險的地方。”

Nakamura-Messenger說，這是一種解脫。但是到目前為止，每個任務都令她感到驚訝。

她說：“我不再瘋狂地猜測了。” “大自然很野性。”