作者:晋楠 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/1/18 21:37:21
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美宇航局新任务聚焦特洛伊小行星

 

灵神星被认为是一颗古星子剥落的核心。图片来源:Image courtesy of ASU/Peter Rubin

美国宇航局(NASA)正在跃入宇宙了解太阳系的起源,并选择了两个访问神秘小行星的任务。在其下一轮低成本行星科学任务序列“发现”任务中,该机构已经选择了“露西”号任务,它将访问木星特洛伊族小行星;还有“灵神”号任务,它将环绕一颗较大的金属小行星运行。

“露西”号计划在2021年发射,它将利用一个独特的轨道时刻飞跃木星的6颗特洛伊小行星,它们领先并跟随这个气态巨行星的轨道,这一区域此前尚未有航天器探测过。“灵神”号将于2023年发射,它将环绕一颗罕见的、与其同名的铁镍小行星——灵神星,这个小行星被认为是一颗古星子(行星的构件单元)剥落的核心,该任务将验证类似天体是否足够炙热,形成了旋转熔核。

“‘露西’号和‘灵神’号将会带领我们去往人类此前从未探索过的地方。”华盛顿特区NASA科学任务理事会副行政官Thomas Zurbuchen说,“利用这些,NASA正在继续实现其‘第一次’的目标。”

“露西”号任务

木星特洛伊群小行星一直以来都是NASA的探索目标。“露西”的项目负责人、科罗拉多州博尔德西南研究院行星科学家Harold Levison从理论工作开始研究这个项目。10年前,他帮助设计了一个领先的太阳系形成模型,其包括产生了诸如木星特洛伊群小行星等天体的轨道。他说,这些是行星形成的化石。“如果我们要理清那里发生了什么,那么特洛伊群小行星是需要调查的地方。”

“露西”号将进行一场壮丽的旅行,用红外分光仪和冥王星探测器“新视野”号上载荷的新版黑白与彩色相机探测其目标。在飞过主行星带的一个小行星之后,2017年,它将在一年半的时间内飞过4颗木星特洛伊群小行星。然后,5年之后,它将经过一个罕见的双星小行星系统,该系统的轨道与木星轨道平面高度倾斜。这个轨迹极为复杂,只有到2021年才有可能发射。“我已经在天体力学之神的脚下匍匐了30年。”Levison说,“现在他们正在回报我们。”

目前,人们关于“露西”号的探索目标知之甚少。该团队知道它们的色泽,他们通过这些对其构成成分进行了推断。从这些有限的信息中可以非常明显地了解到它们的种类差异很大,而且并非木星形成时的同质遗留物。很可能它们起源于远离目前轨道的地方,并在行星重新组合时到达木星附近,Levison说。

最有趣的目标是双星帕特罗克洛斯星和墨诺提俄斯星,Levison说。双星在太阳系中非常罕见,但在海王星轨道之外远离行星引力的柯伊伯带却很常见。这可能意味着这两颗星是那个时代初期的原始遗留物。

“灵神”号任务

“灵神”号源于该项目负责人、亚利桑那州立大学行星科学家Lindy Elkins-Tanton。Elkins-Tanton和若干名同事分析了可能与古星子相关的陨星中的剩余磁场。类似的磁性据认为来源于已完全形成的行星的旋转熔核,而不是更冷、更小的原行星。但他们推测铝的放射性同位素可能非常高,足以从内至外加热星子,形成熔核。

这具有争议性。2011年,当他们首次在会议上提出这一想法时,“在我开始讲话之前,就有人通过麦克风列举了三条意见反驳我”,Elkins-Tanton说。但它逐渐被接纳,此后喷气推进实验室也对此提出呼吁,建议开展任务验证他们的假设。

他们的目标是灵神星16。其直径为210公里,是至今已知小行星中的最大的成员之一,据认为其核心类似于地心,构成成分主要是铁和镍。他们猜测它一度曾是一个大小类似火星的星子的熔核。去年,NASA红外望远镜装置的观察还发现灵神星表面存在水或氢氧基的迹象,这可能会使它成为未来人类探索的极有前景的资源富集点。

在2023年10月发射之后,“灵神”号将在2030年抵达其目标。在轨运行时,它将利用磁力计搜寻剩余磁场的痕迹,它的磁场一度可能达到了地球磁场强度的一半。“它就像太空中的一个小冰箱贴。”Elkins-Tanton比喻说。 该任务还将利用伽马射线和中子谱仪研究这颗小行星释放的辐射量,以此判断其金属构成成分。Elkins-Tanton补充说,它并非一次经典意义上的小行星任务。“我们想了解一颗行星的内部。而恰好这颗行星被划归为小行星。”

5个候选项目

NASA近年来支持了许多小行星任务,但其胃口并未减小。“露西”号和“灵神”号是不同且各有价值的任务,马里兰大学天文学家Michael A’Hearn说,“‘灵神’号很重要,因为它将有助了解太阳系内部天体演化的情况,而‘露西’号则会告诉我们更多关于木星特洛伊群小行星的起源。”很多科学家猜测,木星小行星的组成成分与彗星类似,他补充说。

这两项任务每项成本为4.5亿美元,它们是从5个最终选项中挑选的,5项进入终选的任务分别聚焦金星或太阳系小行星。在2015年的初步筛选之后,这些团队收到了300万美元的资助以充实其提议。经过数周等待之后,相关筛选结果在1月4日揭晓。

该机构还宣布,它对近地天体相机(NEOCam)的资助将在延长一年,该项目也是决赛入围者之一。“这项任务是宇航局的一项重要能力。”华盛顿特区NASA行星科学部主任Jim Green说。

据介绍,除“露西”号、“灵神”号之外,5个最终候选项目还包括:NEOCam,旨在发现和研究10倍于目前已知的威胁地球的小行星和彗星的太空望远镜项目;DAVINCI,即金星深层大气惰性气体、化学和成像调查项目,该探测器将跃入金星大气层63分钟,研究其化学和同位素构成;VERITAS,即金星辐射率、无线电科学、地形和光谱学研究项目,该金星轨道然测器将用雷达绘制金星的高清图像,以搜寻活火山。

20年来,NASA的“发现”项目一直在连续支持低成本行星任务,其目标是每两到三年发射一个新的探测器。然而,目前距离上一次发射任务已过了5年,其最近的选择——飞往火星的“洞察”号探测器被任务延迟困扰,发射时间可能要到2018年。NASA这一轮任务的一个目标是选择两项“发现”任务帮助其重新回归原来的日程,不过项目目前存在联邦预算是否会予以批准的担忧。Green说,这些任务应该每32~36个月向前推进一次。“现在,这个项目回来了,而且充满生机。”(晋楠编译)

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