。天问二号“天问二号”将深度解密小行星。估计

　　雷淼
 。本年

　　2025年5月前后，发射我国航天将迎来一件大事：天问二号搭乘长征三号乙运载火箭，将深敞开深空勘探新征途。度解

　　说到天问二号，行星咱们或许会以为它是天问二号继天问一号之后的第2次火星勘探使命
，但其实“天问”是估计我国行星勘探系列使命的命名，并不限于火星
。本年天问二号的发射使命是拜访两颗方针天体，一颗是将深编号为2016 HO3的近地小行星，另一颗是度解主带彗星311P。天问二号为什么挑选这两颗小天体作为勘探方针？行星这一探求进程对我国深空勘探的推进有何助益？

　　研讨地球“准卫星”性价比很高
。

　　依据现在的天问二号使命计划，天问二号升空后，会先到近地小行星2016 HO3 ，从其外表采样送回地球 ，但勘探器自身不会回来地上 ，而是运用地球引力弹弓来一次加快
，持续飞往主带彗星311P履行勘探使命
。

　　2016年4月27日，坐落夏威夷的哈莱阿卡拉地理台泛星计划望远镜发现了一颗阿波罗型小行星2016 HO3  。阿波罗型小行星都有一个特色  ，其椭圆轨迹一段在地球轨迹以内
，另一段在地球轨迹以外 。

　　地理学家通过轨迹观测与核算模仿发现 ，2016 HO3十分风趣，简直就像月球之外的第二颗天然地球卫星 ，大约在一个世纪前来到地球邻近 ，每年环绕地球转一圈。它的公转周期是365.77天 ，和地球的365.25天十分挨近。它半年运转在地球轨迹的内圈时，会暂时跑得比地球快
，而运转在地球轨迹以外的别的半年，又会跑得比地球慢。所以，从地球的视点来看，这颗小行星就成为“瞻之在前
，忽焉在后”，每年围着地球转一圈了 。此外，它的轨迹与地球轨迹有大约8°的夹角，假设把地球轨迹面比作水面的话 ，那么2016 HO3就像海豚相同忽潜忽跃
，为此还得了一个夏威夷语的姓名：Kamo’oalewa，意为“振动天星” 。

　　当然，咱们不能把2016 HO3当成月球那样的真卫星 
。由于它环绕地球运动仅仅一种视觉效果 ，其本质是环绕太阳公转，是由太阳引力掌控而非地球引力操作的成果
。地球在伴行期间会对其轨迹起到一些摄动效果，但它终将挣脱地球的拉扯，渐行渐远。到了2369年，它甚至会运转到地球轨迹的对侧，隔着太阳与地球遥遥相望。

　　科学家给这类天体设了一个特别的归类，叫作“准卫星”。现在，地球邻近的准卫星有5颗，其中就属2016 HO3间隔最近、运转最安稳。

　　准卫星和地球轨迹如此挨近 ，使其成为研讨价值很高的一种天体。作为小行星 ，自身就埋藏着太阳系诞生之初的原始信息 ，亿万年来简直未受打扰。它在地球轨迹邻近运转，不论一开始就在这儿，仍是被各大行星的引力“转移”来的，多多少少都反映了地球轨迹邻近的空间情况。它也有或许是地球/月球的碰击喷出物
，包含着地月系的演化前史
。从另一个视点来看，准卫星和地球间隔较近
，对地上测控要求相对较低，航天器挨近它所需的能量也较小
，因而，对它进行勘探是个“性价比”很高的使命。

　　对2016 HO3已有的光学观测和光谱剖析标明
，它的标准在40米至100米之间，每28分钟自转一圈 ，物质构成以硅质为主 ，很或许是月球喷出物，也有或许是独立发育的S型小行星。天问二号计划对这颗准卫星进行伴飞 、测绘、遥感 、采样，获取它的热辐射状况、外表特征、密度、成分等信息。其研讨成果有或许答复准卫星的来历以及轨迹演化前史和未来趋势等科学问题，并为小行星甚至太阳系的构成和演化进程供给科学依据。

　　主带彗星或藏“天外来水”隐秘。

　　天问二号的第二个勘探方针也十分特别 。它是2013年8月27日由泛星计划望远镜发现的天体，编号为311P/PanSTARRS，运转在大部分小行星地址的主小行星带(简称“主带”)内，却具有相似彗星的外观。哈勃空间望远镜在2013年9月对它进行了翔实的观测，看到了6条像是彗尾的结构
。

　　一般来说，主带内的小行星和惯例的彗星是两种悬殊的天体 。主带在火星与木星轨迹之间
，阳光辐射较强 ，小行星的挥发物难以存留，因而以岩质为主。惯例的彗星来自悠远冰冷的柯伊伯带或奥尔特云，保存有丰厚的冰 。

　　那么，这个运转在主带却长着彗尾的311P ，到底是个什么天体？其实，311P不是第一颗具有彗尾的主带小行星。1996年，地理学家观测到，1979年被发现并以一般小行星身份编目的7968号小行星运转到近日点时呈现了彗尾 ，所以这颗小行星又被编为彗星133P 。

　　地理学家把这种介于小行星和彗星之间的天体称为“主带彗星”，跟着更多相似天体连续被发现
，它们又得名“活泼小行星” 。这两个姓名指的都是同一类天体
，只看要着重哪个方面：归为彗星 ，研讨重点是它为何能存留在主带内；归为小行星 ，研讨重点是它为何具有挥发物活动的特性。通过地理观测，人们找到了小行星活动的一些原因。例如，小行星通过细微碰击，或因太阳照耀所形成的的“YORP效应”发生自转加快
，就或许使岩石堆崩裂或移位 ，暴露出陈旧的冰或其他挥发物 ，使小行星长出彗尾 ，“重焕芳华”。

　　研讨主带彗星或活泼小行星的挥发物遗存
，具有重要意义。人们一般以为
，地球构成之初是个火热枯燥的岩质星球，不太或许留得住水 ，而原始海洋的水主要是在地球冷却之后，由其他含水天体碰击带来的
。由于彗星的冰储量丰厚 ，它水到渠成地成了为地球供水的头号“种子选手”。可是通过剖析彗尾中的氢同位素比率 ，科学家发现与地球海洋的数据差异很大 ，所以对“彗星运水说”的置疑日积月累。而活泼小行星的呈现，为地球上水的来历供给了新思路 。假设探明活泼小行星将冰或其他挥发物保存至今的机制 ，或或许改写旧有的认知 。

　　311P的直径大约有480米，2018年4月的观测成果显现 ，它或许还有一颗卫星 。假设事实的话，311P便是罕见的双小行星体系 ，将为天问二号的勘探使命供给额定的研讨价值及技能应战 。

　　着陆采样前为何需伴飞一年之久。

　　2025年5月前后，天问二号搭乘长征三号乙运载火箭发射升空后 ，通过约一年的飞翔将抵达勘探使命第一站：2016 HO3。不过，它需随同这颗小天体飞翔一年后，才干择机履行采样使命。

　　为什么需伴飞一年之久呢？一是由于要在着陆采样之前履行许多科学研讨，二是由于对这颗小天体的了解还不行，比方，它终究有多大 ？是什么形状？是一整块“大石头”仍是由许多碎块堆成？其外表地势会不会磕碰、卡住或遮挡勘探器？种种细节都要慎重考虑
 。2014年11月，欧洲空间局的“菲莱”号在楚留莫夫-格拉希门克彗星着陆时，就被卡在一道漆黑的裂缝中 ，因太阳能板供电缺乏而一度与地球失掉联络 。所以，在正式着陆前 ，勘探器要对小行星进行翔实的测绘和地势剖析 ，寻觅最佳着陆地址。

　　着陆采样进程也与咱们了解的月面采样不太相同。这颗小天体的引力几近于无 ，在其外表着陆不会像在月球或火星着陆那样“短平快”，而更像是对接空间站，要轻柔地把勘探器靠上去 。假设小天体是一整块 ，那么落猛了有或许被弹飞；而若是松懈的碎石堆 ，在极弱引力下
，触感八成像是儿童游乐场的彩球泳池或一桶爆米花，落猛了就简单堕入。2020年10月
，美国的“奥西里斯王”号在贝努小行星采样时就有这种体会 ，短短6秒的触摸中
，勘探器堕入小行星外表半米深，假设上升推进器晚开几秒
，或许就出不来了。

　　天问二号会运用多臂协作式小天体附着取样机器人机械体系，将自己固定在小行星外表再履行采样使命 ，方针是获得100克以上的小行星样品。采样结束后，天问二号将样品交还地球需求大半年左右的时刻 。到了地球邻近，天问二号会把装有小行星样品的回来舱丢下来 ，并借着地球来一次引力加快
，将自己弹向下一站旅途 。这次引力加快十分必要 ，由于311P运转在主小行星带，比火星轨迹还要靠外 ，所以天问二号要战胜太阳引力才干抵达。估计天问二号从地球飞到311P，需消耗7年时刻。

　　我国小行星勘探使命规划了五大类科学方针，分别是：1.认知小天体、解密小天体；2.追溯小天体的宿世和此生；3.探求生命和地球水的来历；4.提醒太阳对小天体的影响；5.探求小天体对地球的损害。为此
 ，天问二号装备了可见红外成像光谱仪 、热辐射光谱仪 、多光谱相机
、勘探雷达、磁强计、带电粒子与中性粒子剖析仪 、喷发物剖析仪等10种载荷，以便对两颗方针小行星的描摹 、外表物质、热辐射特性 、次表层内部结构、磁场、轨迹特征、运转轨迹邻近的空间环境等做一个全面“体检”。

　　除了这些就位勘探之外，地上科研人员通过天问二号获取的样品，还将展开多项研讨。例如，测定小行星样品的物理性质 、化学成分和同位素组成，为小行星的来历甚至前期太阳系的构成与演化进程供给科学依据；测定和研讨小行星样品的年纪，研讨小行星的吸积构成 、碰击割裂和行星际空间的运转前史；与陨石进行比较研讨 ，树立回来样品与陨石、地上观测与遥感就位剖析数据之间的联络，拓宽、丰厚小行星和太阳系来历与演化的研讨。

　　立异高精尖技能为天问二号护航。

　　天问二号是我国的初次小行星勘探使命，与以往各次勘探使命差异很大 ，在世界上可以学习的经历也有限，因而面临着诸多方面的应战 。

　　初次勘探小行星就要勘探两个了解尚不透彻的天体，再加上方针与地球之间存在较大的通讯推迟 ，因而
 ，要求勘探器的软硬件具有强壮的现场自主决议计划与应变能力。而小行星的形状不规则、外表环境杂乱 、引力弱小 ，使勘探器的附着和安稳逗留好不容易 ，愈加要求勘探器的推进体系和机械设备精准运作、密切配合 。

　　这次勘探使命时长超越9年
，到我国预期的2030年载人登月时，天问二号朝着第二个小行星还要再飞5年 ，这极大地检测着勘探器的可靠性
。别的，这次勘探使命飞越了火星轨迹，方针悠远且标准极小，对测控与导航精度也提出了史无前例的要求 。

　　所以，天问二号除了稳固已有的科技经历之外，还需在许多方面打破、拓宽已有的科技鸿沟 。以采样体系为例 ，曩昔看到的嫦娥号采样，都是用“腿”着陆 ，再用“臂”收集月壤。关于小行星这样几无引力的当地而言 ，站着和挂着的差异并不大。天问二号开发团队规划的多臂协作式小天体附着取样机器人将腿和臂合为一体 ，可完成着陆缓冲 、附着固定 、取样
、放样等多种功用。日本的“隼鸟2号”和美国的“奥西里斯王”号均选用“亲一口就跑”的形式，而天问二号履行的将是首个固定附着在小行星上采样的勘探使命。

　　针对星表性状不明的不知道危险 ，天问二号的采样体系预备了砂轮磨削和毛刷打扫两种计划 。不论小行星外表是“一整块”仍是“一大堆”，体系都不会被它难住。天问二号一对直径4.7米的太阳翼运用了圆形柔性的规划
，便是为了在高低地势采样时不形成阻止。

　　天问二号的动力推进体系运用的是离子电推进，和化学推进剂比较，所发生的力气虽小
，却能耐久，且占用的发射载荷较低
，十分适用于绵长的空间游览和抵达目的地后的精密操作。

　　在长途测控方面 ，2024年12月27日，我国在日喀则和长白山启动了两座新的40米射电望远镜，使我国的甚长基线干与丈量(VLBI)网络从“四站一中心”晋级到“六站一中心” ，等效口径从3200公里扩到3800公里 ，在X波段的分辨率提高了18% ，将为我国的深空勘探供给更强的助力。晋级后的VLBI网络，首要服务的便是天问二号的太空征途。

　　总归，天问二号使命挑选地球准卫星和主带彗星为勘探目标 ，在世界上尚属初次，将为世界小行星研讨范畴奉献我国才智 。未来，“天问宗族”中的天问三号还会前往火星履行采样回来使命
，天问四号则奔赴更悠远的木星，持续推进我国深空勘探工作的开展
。

　　(作者雷淼为我国科普作家协会会员) 。