小行星样本何其珍贵?采集回来却取不出来,科学家急了
来源:科普中国
作者:时空通讯
发布时间:2024-02-21
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从遥远的小行星上采集样本是极其艰难的航天工程,目前没有几个国家能做到。要实现小行星采样归来,除了需制造出能够穿越遥远深空的高可靠性高适应性的无人探测器,还要具备精准的导航能力、高分辨的成像能力、高智能自控钻探采集技术,穿越数十亿公里茫茫深空,历经九死一生,才能将一点点样本带回地球。

目前,在深空带回小行星样本的只有日本隼鸟号和隼鸟二号,以及美国NASA的奥西里斯-REx。

隼鸟号2003年发射,2010年从小行星系川采样返回,历时七年行程约60亿公里,只取回了小于10微米的颗粒1500粒,质量只能以毫克计;隼鸟二号2014年发射,从小行星龙宫上采样于2020年返回地球,只采集回来5.4克砂砾样本。

就是这么一点点小行星样本,科学家们通过分析,填补了许多人类对太阳系的认知,其中最重要的发现是,样本中至少含有两万种化学成分,其中有20种氨基酸,还发现了液态水,这是人类首次在地球以外发现的生命之源。

由此,许多科学家确信,地球生命极有可能是天外来客,生命的种子是通过陨石带到地球,再孕育进化出来的。研究依然在继续,随着发现的不断深入,将对太阳系的形成和生命诞生的奥秘会有越来越多的发现。

因此,探索小行星是世界航空航天的重要活动,近年来越来越成为航天大国热门竞争的课题。美国2016年发射的奥西里斯-REx探测器,同样历时7年行程64亿公里,从小行星贝努采集了样本,于2023年9月24日回到地球,释放的样本舱在犹他州成功着陆。

这是NASA发射的第一艘小行星采样探测器,而且采回的样本量比较大,由此科学界对这次样本期望很大。可是,经历了千难万险采集回来的样本由于密封罐被卡住了,打不开盖子,于是样品在里面呆着,科学家们一时束手无策,只能干瞪眼。

可能有朋友会说,样品都回到地球了,而且是人类制造的容器,怎么可能打不开,用铁棍撬也能撬开,那些影视中的惊天大盗,进入最紧密坚硬的金库或基地都如入无人之境,难道这些科学家连盗贼也不如?

其实,这种想法是把从外星采集回来的样品看得太简单了,这些样品远比地球上任何宝贝都贵重多了。就是从月球采集回来的样品,一克也至少价值百万元,如嫦娥五号制造发射花费30亿元人民币,取得月样1731克回地球,如果仅算这些月样的取回价值,每克就达到170多万元,这还不包括许多科学家研究的费用。

而小行星取样,距离和难度都比月球取样大多了,如日本隼鸟二号投资约1.5亿美元,从小行星龙宫带回5.4克样本,每克耗资竞达近2800万美元;而NASA的奥西里斯-REx探测器总投资达10亿美元,从小行星贝努上取回样本121.6克克,每克耗资也达822万美元。

因此小行星取回的样本是地球上最珍贵的宝贝,这些宝贝来到地球后为了保证其纯洁性,就必须采取最严密的密封措施,不能接触半点尘埃,也不能让地球环境的一丝气体接触到这些来自天外的宝贝,这就要求探测器在遥远太空取样后执行一系列复杂的封封措施,回到地球后也需要特殊的封闭设施中才能打开。

这些复杂操作包括:探测器如何采样如何密闭运输和开启样本舱、如何取出样本密封装置、如何开启密封的样本罐、如何取出样本,每一步都要十分精准,才能保证样本的原始状态。这些在探测器设计时就有详尽考量,整个步骤方法在探测器归来前数月就实战演练了一番。

奥斯里斯-REx探测器的采样回收过程大致为:

奥西里斯-REx探测器于2016年9月发射,2018年抵达贝努后,围绕着这颗小行星观测了两年,2020年才快速接近贝努表面,采样方式是在靠近贝努表面的瞬间,探测器喷出氮气搅动贝努地表的岩石和尘埃,将这些飞起的样本扫入收集器里。

事实上,直径约490米的贝努小行星并不是一整块星际岩石,而是由一团松散的石子吸附在一起的,这种组成让探测器能够吹起较多的岩石尘埃,收集到了大量的样本,以至于多出的样本卡在了采集器的外侧。

完成采样后,奥西里斯-REx探测器将头部的采集器收进探测器底部的样本舱,通过摇动确认样本舱已经密封并被安全锁定后,于2021年7月开始返航,并于2023年9月回到地球,在美国犹他州释放了返回舱,并实现了软着陆,然后,这艘已经完成使命的探测器飞掠地球,进入一个环太阳轨道过起了退休生活。

NASA的工作人员收到返回舱后,小心翼翼的将其送到附近的便携式洁净室,拆除样本舱的隔热罩和外壳,取出其中的采集器,在24小时内送到休斯敦约翰逊空间中心的专门洁净室,将采集器转移到手套箱中。

意外偏偏在这个时候发生了,研究团队发现密封罐口被卡住了,无法打开被封存的大量样本。虽然看起来这种卡住只要适当工具就能打开,但在异常洁净的手套箱中,放入任何工具都有可能破坏样本的纯洁度,因此科学家们只能干瞪眼,迄今还没找到方法!

也就是说,并非没有办法打开被卡住的样本采集器,而是由于极端洁净的手套箱中无法送入任何拆解工具,才让科学家们束手无策。如果只是平常罐体,任何一个正常人采用常规工具就能打开,但这是每克成本达到426万美元的贝努小行星样本,不允许掺入一个地球物质分子。

那么,从几十亿公里采集回来的样本难道就废了?其实也没有那么严重,相反还得到了更多惊喜:科学家们已经从样本密封罐的外部就已经取得了70.5克样本,而本次任务原本计划一共带回样本质量为60克,现在还没打开密封的采集器罐体,就已经超额17.5%完成任务了。

贝努小行星样本约30%将分发到全球有关的实验室,供200位科学家研究,其中有4%交给了加拿大,0.5%交给了日本。NASA在约翰逊空间中心至少会保存70%的样本,暂时封存起来,供更多的科学家们在若干年后进一步研究。而被卡封在样本罐中的剩余样本,相信科学家们不久就会找到打开的“扳手”而解封。

科学家们不惜花费巨资,从遥远小行星取回这点尘土,有许多人不理解,认为花这么多钱和高科技,多研究研究地球,多救济一些还处于贫困的穷人多好。当然,这种工作也有许多科学家在做,但科学家们与普通民众不同的是更高瞻远瞩,更想弄清宇宙的真相。

探索小行星研究小行星就是想弄清太阳系的真相,弄清地球是如何形成的,生命与人类的过去、现在和未来。弄清这些,将给人类未来的延续和发展,规避宇宙灾难起到关键性作用,让人类繁衍之路能够走得更远。

因此,对小行星的远征探索将继续下去,中国的小行星探索计划也已经启动,有望在2024年发射首颗小行星探测器,一次探测两颗天体,即一颗小行星和一颗彗星。未来有关小行星探测会将会发生更多精彩故事,我们拭目以待。

时空通讯原创文章,请尊重作者版权,感谢理解支持。

参考资料链接:https://link.zhihu.com/?target=https%3A//www.iflscience.com/nasa-brings-back-actual-sample-of-asteroid-but-cant-open-the-lid-71285


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