NIR再次带来惊喜,日本探测器观测显示小行星“龙宫”曾有水

包锞炜    2019-03-20


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艺术示意图:抵达小行星“龙宫”的“隼鸟2号”探测器
 据日媒报道,日本研究团队在19日的美国《科学》杂志网络版上发表文章称,通过探测器“隼鸟2号”在小行星“龙宫”上空的观测,发现存在含水的矿物。
 
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“隼鸟2号”是日本于2014年12月发射升空的一颗专门的小行星取样返回探测器,其瞄准的目标是162173号小行星“龙宫”(Ryugu)。“隼鸟2号”是此前“隼鸟号”的后续任务,前者尽管在任务过程中遭遇各种意外,但仍然在2010年成功取回了25143号小行星“系川”的颗粒与尘埃样本,这也是人类首次实现对一颗小行星的取样返回。
 
在升空一年之后,“隼鸟2号”短暂地飞回地球附近进行引力借力。与此同时,天文学家们在此期间加紧对“龙宫”进行远程观测,以便为探测器的抵达最好各项准备。按照计划,这艘重约600公斤的探测器在抵达目标之后,将在那里停留大约18个月开展各种考察,在完成取样后于2020年前后返回地球。
 
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报道称,日本会津大学和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)等的团队,使用捕捉研究对象反射的红外线,锁定其中所含物质的近红外光谱分析仪观测了“龙宫”表面。
 
起初未能确认有水,但仔细分析后发现,包含氢氧结合的水成份的矿物“含水矿物”虽然量较少,但广泛分布在“龙宫”上。

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有学说认为地球的海水是由以前飞来的小行星带来的。“隼鸟2号”探测的科学目标是把小行星“龙宫”的岩石装入密封舱后带回地球,调查岩石含有的水和有机物,探索地球的海洋与生命的来源。
 
负责分析工作的会津大学副教授北里宏平说:“预测有水,把‘龙宫’选为目的地,没有错。我放心了。”
 
“隼鸟2号”最初是在2006年由日本“空间活动委员会”选中立项,并在2010年,“隼鸟号”顺利返回地球,实现人类首次小行星取样之后不久,开始正式获得政府资金支持。整个项目成本大约164亿日元,约合9.77亿人民币。整体结构上来说,“隼鸟2号”与它的前辈“隼鸟号”非常相似,但在汲取首次任务教训的基础上对诸多细节设计做了技术升级。
 
“隼鸟2号”的主要科学载荷包括:小型撞击器(SCI):它被将用于在小行星表面撞击产生一个人工陨坑。同时“隼鸟2号”将在附近等候并观察撞击前后小行星地表发生的改变,同时探测器将在撞击后对撞击坑附近进行取样,以便获得“新鲜”的地下物质。
 
近红外光谱仪(NIRS3)与“热红外成像仪”(TIR):光谱仪主要用于探测小行星地表的矿物成分和水。成像仪将测定“龙宫”的地表温度和比热。
 
小型机器人“MINERVA-II”:三台小型漫游车将降落到小行星表面进行就地探测。它们属于此前“隼鸟号”携带的MINERVA小机器人的后续版本,当时的MINERVA未能准确降落到小行星表面,没能取得成功。
 
小型着陆器(MASCOT):这是一种能够降落到小行星地表的着陆器,并且可以在地表进行一次弹跳。这台设备是由德国与法国空间机构联合研制的。

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日本为“隼鸟2号”选择了一类不同类型的小行星作为考察对象,其目的在于尽可能对太阳系中不同种类的小行星的情况有所了解。“龙宫”是一类C型小行星,意味着其成分中将含有较多的碳物质,这也是太阳系中最常见的小行星类型。
 
水中含有同样是氢但重量不同的“同位素”。团队将分析带回的岩石,如果同位素比例与地球的水相同,那么小行星给地球带来水的可能性将增大。此外还期待岩石内有也被称为生命原料的有机物。

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“隼鸟2号”探测的科学目标是把小行星“龙宫”的岩石装入密封舱后带回地球,调查岩石含有的水和有机物,探索地球的海洋与生命的来源。与在初期一度熔化的地球不同,未遭遇高温的小行星的岩石被认为存在昔日的性质,也是知晓46亿年前太阳系诞生时存在何种物质的线索。虽然调查坠落地球的陨石也是一种方式,但陨石有可能被地上的空气和水污染,不保持原本状态。

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Sei-Ichiro Watanabe和同事首次展示了对龙宫质量、形状和地形学所做的近距离观察。据Watanabe等披露,该小行星的低密度和高度多孔的内部表明,它是松散集合的“一堆碎石”,后者会在快速旋转期形成陀螺形状。此外,作者还发现了最适合该航天器采集样本的潜在着陆地点。Kohei Kitazato和同事用隼鸟2号上的近红外光谱仪(NIRS3)来勘测龙宫的表面组成;他们发现,在该暗黑色小行星的整个表面遍布着水合矿物。先前对龙宫表面所进行的望远镜分析曾提示该小行星的含碳性质,而碳质球粒陨石显示有被水改变化学迹象的碳质球粒陨石也被认为有类似的组成。然而,详细光谱数据的匮乏令确定性组成识别变得困难。在隼鸟2号接近龙宫时,作者采集了NIRS3光谱数据,这些检测数据的采集高度距离该小行星表面近至1公里。
 
据结果披露,所采集的这些光谱数据与已知的热力-及/或冲击-变形的含碳球粒陨石星最为类似。结合来自先前两项研究的结果以及对龙宫地质特征的观察,Seiji Sugita和同事试图对龙宫的起源进行界定。据Sugita等人只说,该小行星可能由碎石组成,后者是从受到撞击的较大母星中被逐出后聚合而成的。
 
美国国家航空航天局(NASA)去年12月宣布,计划从小行星“贝努”回收岩石的美国探测器“OSIRIS-REx”也通过在“贝努”上空的观测确认了含水矿物。“隼鸟2号”计划明年年底,“OSIRIS-REx”计划2023年返回地球,日美研究者打算交换岩石等,合作推进分析。
 
龙宫”可能含有更多的有机物质或水冰成分。有机物与水是构成生命的必要成分,尽管它们在其他天体上的存在并不能直接指向生命的存在。在一份声明中,JAXA的科学家们指出:“我们期待,通过对太阳系中那些最古老的天体,如C型小行星样本的分析,以及对太阳系各处有机物和水的研究,加深我们对于生命起源的理解。”
 
期待近红外光谱再次刷新未知星球有水的事实!
 

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