天文太空

小行星任務關鍵5秒

今年9月8日,美國NASA將發射太空船前往小行星貝努 進行探測並採集樣本。這項創舉將歷時七年之久, 可望解答從地球形成、生命誕生以至地球未來是否遭遇橫禍等諸多謎題。

撰文/勞瑞塔(Dante S. Lauretta)
翻譯/甘錫安
2016-09

天文太空

小行星任務關鍵5秒

今年9月8日,美國NASA將發射太空船前往小行星貝努 進行探測並採集樣本。這項創舉將歷時七年之久, 可望解答從地球形成、生命誕生以至地球未來是否遭遇橫禍等諸多謎題。

撰文/勞瑞塔(Dante S. Lauretta)
翻譯/甘錫安
2016-09


目前已知對人類威脅最大的小行星發現於1999年,這顆小行星搖搖晃晃運行在軌道上,每隔一段時期便與地球繞行太陽的軌道交錯。後來天文學家以埃及神話中創造天地的神祇之名,把這個直徑約0.5公里的小行星命名為貝努(Bennu)。的確,如果含有大量有機化合物和水的貝努墜落在貧瘠不毛的星球上,或許會播下生命的種子,但它更有可能造成規模龐大的災難和傷亡。天文學家預測,2135年貝努行經地球附近時,距離將比月球更近。貝努可能會因為這次飛掠地球而偏移軌道,導致在22世紀末撞上地球。

沒有人能精準預測貝努將可能撞擊地球何處,但依據基本計算結果,貝努撞擊時釋出的能量可能相當於30億噸黃色炸藥(TNT)。如果它2135年飛掠地球後改走可能與地球相撞的軌道,各國領導人基本上有兩個選擇可以逃過這場大難:一是清空地球上的大片地區;二是展開太空任務,改變小行星的運行軌道。然而,未來的領導人要了解撤離人民或改變軌道的任務規模,某個程度上必須依賴由美國航太總署(NASA)預計在今年9月8日發射升空的太空船所蒐集的資料。這艘太空船稱為OSIRIS-REx,造訪貝努的主要目的是採集這顆小行星的樣本並返回地球。


貝努探勘任務序曲

小行星是太陽系形成時留下的天體,可說是太陽系中年代最久遠的特使,身負許多我們無法由其他途徑取得的資料,讓我們得以了解地球形成數億年前的太陽系組成。採集自小行星的樣本或許可以解答太陽如何誕生、行星如何形成,甚至地球生命如何出現等讓我們困惑已久的問題。此外我們還需要知道如何防範小行星撞擊地球,以避免重大災難,因此科學家對小行星深感興趣是可以理解的。

然而難以理解的是,為什麼需要發射探測船登上小行星採集樣本?不是天天都有小行星的碎片墜落在地球上嗎?因為這些所謂的隕石幾乎全都已經不是原始狀態。所有隕石進入地球大氣時,都必須經歷足以熔化表面的高熱,到達地球後,絕大多數的隕石又隱匿數百年甚至數千年才被人們發現。長期風吹雨打下來,它們來不及說出的故事漸漸一字一句凋落。相反地,在貧瘠的太空環境中,大多數小行星得以維持完好原貌,數十億年始終如一。要取得小行星包含的完整資訊,親自造訪是唯一的辦法。

貝努在小行星中算是特例。全球各地博物館中的隕石碎片大多由岩石和金屬組成,因為只有這兩種成份能撐過墜落過程留存下來。但貝努的隕石碎片宛如煤炭般黝黑,由細緻的有機化合物組成;這類含碳化合物可能是地球上碳基生物化學運作的前驅物,即使貝努對地球沒有潛在威脅,科學家也想好好加以研究。更何況貝努可能威脅地球,而且正因為十分接近地球,所以我們有機會取得它的樣本。

貝努已存在10億年之久,起初是原行星在火星和木星的軌道間飄流時因碰撞、碎裂後拋出一堆堆砂石,便成了貝努的起源。OSIRIS-REx的歷史則僅開始於2004年2月,當時我在亞利桑那大學月球及行星實驗室擔任助理教授第三年,洛克希德馬丁公司找我的老闆德瑞克(Michael J. Drake)擔任NASA小行星樣本採集任務的首席研究員,德瑞克則找我當他的副手。

我剛參與這項任務時所負責的工作,是提出任務執行的基礎科學理由。我已經研究隕石十多年,知道有很多尚未解答的隕石問題,唯有透過取得一塊夠大的原始樣本才能解答。當時和我們的計畫相仿的其他計畫,只有日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的獵鷹號(Hayabusa)任務:於2005年登上小行星糸川(Itokawa)採集樣本。獵鷹號任務沒有順利完成所有目標,探測船只取得1500個微小的礦物顆粒,比預期少了許多(取得小行星樣本真的十分困難)。此外,糸川是淺色的固態天體,其形成過程和科學發展性都與貝努這類黝黑的含碳小行星相差許多。我們的任務將進入嶄新的領域。

一天晚上我待在家時,決定草擬一份關於這項任務的科學主題概要。我寫下了四個詞,分別是起源、光譜學、資源和安全。採集自貝努這類小行星的原始樣本可讓我們了解行星的起源,甚至進一步探索生命從何而來。透過光譜分析小行星的表土,可提高取得具有科學研究用途的樣本的成功率,或許還可了解貝努上是否有高價值資源以供未來開採。我們對於貝努的軌道、組成和其他特性了解得越多,就越能精準判定它是否對地球構成威脅,以及我們該如何改變其軌道。此外,太空船登上貝努後提供的「在地實況」資料,還可協助我們發現並減少望遠鏡觀測結果和理論模型中可能潛藏的缺失,對於研究太陽系中各種類型的小行星也大有助益。

這份概要定義了這項任務,也促成它十分拗口的縮寫,OSIRIS-REx代表「起源、光譜解讀、資源發掘以及安全表土探測船」(Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer)。NASA於2011年5月25日選定以OSIRIS-Rex來命名這項飛行任務,任務團隊齊聚一堂,預祝成功。不過可惜的是,不久之後德瑞克即於該年9月去世。擔任副手的我接下他的職位,成為首席研究員。OSIRIS-REx團隊懷抱著向德瑞克致敬的心情,日復一日的工作,深知他一定會為我們即將開拓新的科學疆域而感到光榮。