隼鸟号,寻找生命起源的伟大壮举

文章作者:admin | 2015-04-29
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从神话传说到火星探险,一直以来,人类都在宇宙中苦苦探寻生命的答案。但是,以往的所有尝试都不像“隼鸟2”号这样野心勃勃。

隼鸟号

2014年12月,隼鸟2号宇宙飞船由日本宇宙航空研发机构发射升空,旨在探寻小行星上是否具有生命起源的迹象。小行星是行星形成过程中的残留碎片,就像宜家家居组装完成后剩下的配件。大多数小行星在火星与木星的轨道之间围绕太阳运转,而隼鸟2号需要采集岩石样本的小行星的轨道位于火星与地球轨道之间。

这样一个飞行距离意味着隼鸟2号要到2018年年中才能到达1999 JU3小行星。到达小行星只是任务的前奏,一旦着陆,隼鸟2号就要开始投入探寻小行星的过往历史,甚至太阳系的生命起源等一系列伟大的壮举中。如果说“菲莱”登陆彗星就像脱箭入靶,那么,隼鸟2号还要在箭里塞满移动的微型“科学家”,随箭射入靶心,对箭靶进行探索,然后再将箭带回来。

隼鸟2号的主要任务是寻找与地球上相匹配的水和氨基酸的存在迹象。水和氨基酸是合成蛋白质和形成生命的主要物质,如果能找到,那我们将有证据证明小行星拥有孕育生命的种子,并且具有对生命至关重要的介质。

隼鸟2号的目标小行星的直径只有1000米,体积很小,引力太弱,无法容纳液态水。但科学家之前对此小行星进行的观测发现,它的黏土层中含有水,这就意味着这颗小行星曾经是某个较大行星的一部分,并且这颗较大行星的引力允许液态水的存在,然后星球消失了,只剩下如今的残骸——小行星。隼鸟2号打算先对岩石进行勘探,确定黏土层的位置,然后开始着陆。

隼鸟2号在小行星上收集完样本后就会将它们带回地球,而不是在太空中完成整个分析过程。这次着陆必将危险重重,因为飞行器与地球之间的对话存在延时,人类无法实时指挥,隼鸟2号只能自行着陆。

隼鸟号

1. 实现接触

为了顺利着陆,隼鸟2号需要提前掷下一个目标反射标志,这个标志中装满了小球,使它可以像沙包一样降落在小行星表面,一旦稳定下来就可以反射光线帮助下降中的飞行器确定位置。隼鸟2号下降至距离小行星表面不到30米处时,会开启四个激光器以帮助其尽可能精确地降落到指定地点。在小行星较弱的引力的作用下,着陆过程将是短暂而缓和的,如果撞击力太大,着陆舱很可能被弹回空中。然而,“隼鸟2” 号的首要目的是收集样本,因此,它的解决办法就是向小行星发射子弹头。

2. 发射子弹

这颗重量为5 克的子弹以300米/ 秒的速度击中小行星表面,爆炸弹起的尘埃会由隼鸟2号的摇臂收集到样本容器里。

尽管事先投入了大量时间进行计划和准备,但着陆的风险还是非常大的。从名称我们就可以知道,隼鸟2号是一架后续机型,在2003年至2010年,此前的“隼鸟”号曾造访过另外一颗小行星。在“隼鸟”号着陆过程中,导航激光器在着陆点发现障碍物,降落自动停止。稍后,“隼鸟”号继续下降、反弹(“菲莱”的着陆过程也是如此),到达小行星表面后在那里停留了半小时之久,而非事先计划的数秒。日本北海道大学的副教授橘省吾是隼鸟2号任务的首席研究员,他就此评论说:“停留如此之久是非常危险的,小行星表面的温度非常高(接近1 0 0 ℃),飞行器不宜在此久留。

隼鸟号成功地实现了二次着陆,但由于撞击小行星表面的子弹头的点火系统出现故障,这让大家对它采集到的样本的数量担心不已。这一次,隼鸟2号的研究团队对子弹点火系统非常自信。尽管如此,为了防止出现意外,他们还是制订了备选方案。

3. 齿状收集器

用来收集小行星表面物质的摇臂底部边缘呈齿状排列。隼鸟2号从小行星地表升起时,这些齿状结构会将表层松散堆积的岩石抛向空中,然后,飞行器降低速度,让这些快速移动的沙砾碎片落进样本容器里。

4. 长时间停留

隼鸟2号不能在小行星表面四处活动,因此,它的“副手”——“福神”号(MASCOT,即“小行星表面移动探测器”首字母的缩写——译者注)小型登陆器将代替它完成探险。“福神”号登陆器由德国和法国的研究团队研发制造(这个团队也是“菲莱”的研发者),它将对小行星进行零距离分析。借助广角相机,“福神”号可以拍摄到隼鸟2号即将采集的微小岩石的周围布局。此外,它也会释放一个小流浪者探测器,对这个迷你岩石世界做进一步探索,从相对广阔的范围提供地质信息。同时,还可以测试小行星微引力环境下探测器的机动性。

5. 多次触地

与此同时,隼鸟2号返回空中准备做二次着陆。通过第二、第三次触地,隼鸟2号可以收集到不同地点的岩石样本。隼鸟2号第三次触地的目的是采集到小行星地表以下的物质。这一次,它需要的就不再是指甲盖大小的子弹头了。

6. 大炮弹

冲突装置是一个2.5千克重的扁平铜盘,可以在微重力的作用下飘浮在小行星表面。从飞行器释放出来后,弹载计时器会触发固着在其表面的重达4.5千克的炸药,铜盘瞬间变身为一枚炮弹,以2千米/ 秒的速度冲向小行星表面,炸出一个直径10米的大坑。爆炸前预留有一点时间,供隼鸟2号后撤以避免炸弹残骸对其造成伤害。每个人都不想错过爆炸的精彩瞬间,因此,隼鸟2号会释放一个可拆卸的摄像头对爆炸过程进行录制。你可以在日本宇宙航空研发机构的演示动画中观看这个精彩镜头的模拟视频。

爆炸完全结束后,隼鸟2号才开始它的最后一次收集任务。

7. 返程之旅

三次着陆之后,隼鸟2号将飞离小行星,向地球驶去。为期一年的返程结束后,飞行器将于2 0 2 0年年底抵达地球,降落地点为澳大利亚内陆地区。届时,珍贵的样本舱将被转移至研究机构进行开封研究。研究团队认为,采集到的岩石沙砾中很可能具有与地球上相匹配的水和氨基酸。

水是生命之源。地球上水的存储量很大,但这些水到底源自哪里,仍然是一个未知之谜。因为与太阳距离较近,挤压在一起形成地球的岩石颗粒温度太高,不可能允许冰的存在,所以地球形成的最初阶段很可能是一个干燥无比的星球,如今海洋里的水很可能是后来由携带冰的陨石撞击地球而带来的。这个“岩石—陨石”的来源推测一直饱受争议,但有证据显示,水有可能源自小行星。

研究表明,小行星上出现水后,氨基酸——组成蛋白质和生命的主要成分——也形成了。而且,小行星上发现的氨基酸似乎都是左手性氨基酸,这一点也跟地球相同。就如人有左右手一样,氨基酸也有两种呈镜像的反射类型,即左手性和右手性(详见本刊2015年第2期《生命中的非对称性是怎么形成的?》)。实验中,人们可以制造数量相同的左右手氨基酸,然而,出于某种未知的原因,地球生物都对左手性氨基酸具有强烈的偏好,即组成地球生物的氨基酸均为左手性氨基酸。如果隼鸟2号能证实1999JU3小行星上存在左手性氨基酸,就能说明地球上的生命之所以都由左手性氨基酸构成,是因为小行星最初带来的只有左手性氨基酸。

隼鸟号

如今,这块游荡于宇宙空间的岩石(小行星),很可能就是十几亿年前撞击干燥地球并带来生命原始材料的那颗小行星的姐妹星。如果“隼鸟2”号能不负众望地顺利完成任务,相信我们很快就能知道答案了。

外星探索网观点:

还是那句话,无论隼鸟号和隼鸟2号多么的野心勃勃,但依旧是用已知去探索未知,结局很大可能依然是无知。人类的科学家自负的整天摇头晃脑道,水和氨基酸是合成蛋白质的唯一要素,蛋白质是生命最基本的要素。把这种地球生命的基础理论放大到宇宙文明的角度,会不会如旧社会那些咬文嚼字的书生一样迂腐之极?但换句话说,我们如此有限的已知,要去探索那般广袤的未知,目前又能有什么更好的办法呢?

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