日本“隼鸟”大闹“龙宫”！Nature、Science 连发：890 万年历史的小行星像块状速溶咖啡粉

未来 20 年，其他国家应该无法做到。

近日，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的小行星探测器、吉尼斯纪录认定的“世界首架从小行星带回物质的探测器”「隼鸟号」（Hayabusa）的后继探测器「隼鸟 2 号」（Hayabusa 2）传回照片，再次助力人类对地球起源、演化进程的认知。

当地时间 2020 年 3 月 16 日、19 日，隼鸟 2 号对“龙宫”（Ryugu）的探测活动相关研究成果先后登上 Nature、Science，JAXA 官网也对其进行了大篇幅报道。

“龙宫”具有非常蓬松的多孔结构

雷锋网了解到，隼鸟 2 号探测器搭载的遥感仪器主要有光学导航相机（ONC，含 1 个远望相机 ONC-T 和两个宽角相机 ONC-W1、ONC-W2）、热红外成像仪（TIR）、 近红外光谱仪（NIRS3 ）、光探测和测距（LIDAR）和 SPICE 内核（用于存档轨道、形态等辅助数据）。

而上述登上 Nature 的论文主要依据于隼鸟 2 号热红外成像仪（TIR）传回的“龙宫”单转热像图。

研究人员对其进行分析推测，结果发现，“龙宫” 表层的岩块和周边土壤的温度差不多，且其温度日变化很小，其导出的热惯量较低，约为 300J m-2 s-0.5K-1（300 tiu）。

由此可见， “龙宫”表面的岩块和周边土壤都是多孔物质， 正如研究人员表示：

“龙宫”看起来像是由速溶咖啡粉汇集成的块状。

值得一提的是，研究人员曾预测“龙宫”表面由风化层和致密的巨砾组成，而这一发现与其预测恰好相反。一方面，低热惯性表明，“龙宫”表面的巨砾比典型的碳质球粒陨石（carbonaceous chondrites）更多孔，且周围覆盖有直径大于 10 厘米的多孔碎片。另一方面，较为平均的日温度分布还表明其表面粗糙度效应较强。

下图中，左侧为“龙宫”一天中最高温度的分布，右侧为“龙宫”各地点一天的温度变化（实线）及其基于理论计算的预测值（虚线）的比较。

此外，研究人员认为，像地球这样的岩石天体于太阳系初期由软绵绵的尘埃聚集生长形成。基于此， “龙宫”也可能正处于由软绵绵的尘埃形成稠密天体的过程中 ——“龙宫”是由其母体的冲击碎片形成的碎石堆，其微孔率约为 30%-50%，固结程度很低。

如下图，研究团队推测龙宫的形成过程如下：

1. 软绵绵的灰尘聚集生长；

2. 微行星形成，密度很低；

3.  微行星进一步生长，形成母天体，中心密度增大；

4. 天体撞击破坏母天体，外侧物质飞散，中央部分的物质露出；

5. 飞散的岩块再次聚集，岩块间孔隙较大，但也包括一部分密度较大的岩块，自转较快，其“赤道”附近膨胀；

6. 由于某种原因，自转变慢，轨道也发生变化，形成如今的“龙宫”。

   

“龙宫”约有 890 万年历史

2019 年 4 月，隼鸟 2 号向小行星“龙宫”表面投下一枚撞击器，在龙宫上制造了一个人造撞击坑，旨在保证小型携带式探测器（Small Carry-on Impactor，SCI）能够在这一人造撞击坑中顺利着陆，从而采集“龙宫”地下深处的样本。

雷锋网了解到，所谓 SCI 实际上就是一颗 4.4 磅（2 公斤）重的铜质炮弹，它在行星上的速度为每小时约 4475 英里（7200 km/h）。SCI 炸出的坑约 47.5 英尺（14.5 米），边缘凸起，中间为一个约 10 英尺（3 米）宽、2 英尺（0.6 米）深的圆锥形坑。

对此，研究人员表示：

我非常惊讶，这个陨石坑比我们在地球上模拟时的陨石坑大 7 倍左右。

实际上，SCI 从释放到爆炸需要 40 分钟，隼鸟 2 号为“保命”会在这段时间内远离“龙宫”，并掐好时间准时扔下一个分离相机 DCAM3，拍摄下撞击爆炸的全过程以及由此产生的喷射物。

据悉，分离相机 DCAM3 共有两个镜头：

• DCAM3-A：用于拍摄低分辨率照片，配套的 A 天线实时将照片无线传回给隼鸟 2 号；

• DCAM3-D：用于拍摄高辨率数码照片，配套的 D 天线非实时将照片无线传回给隼鸟 2 号。

而研究团队刊登在 Science 上的研究成果表明，DCAM3 在碰撞后约 8 分钟内成功拍摄到的碰撞区域照片， 有利于阐明“龙宫”的发展史。

研究人员发现，喷射物帘幕（雷锋网注：即喷射物的外边缘）是不对称的、异质的，并且从未完全从表面分离过。

同时，这一陨石坑所处的区域受重力（约为地球的八万分之一）影响，这意味着陨石坑的生长受重力而非表面强度的限制。

基于上述信息，研究人员对“龙宫”在小行星带逗留的时间有了新的认知。在此前使用陨石坑尺寸频率分布的估算中，由于不同估算方法得出的差距相当大，研究人员认为这一逗留时间在约 600 万年约 2 亿年不等。而基于此次的研究发现，研究团队认为， “龙宫”的小行星带停留时间为 640～1140 万年，并预测它大约有 890 万年的历史 。

【碰撞前后的对比图】

利用非载人宇宙飞船研究小行星

所谓小行星，是指太阳系内类似行星环绕太阳运动、但体积和质量比行星小得多的天体。截至 2018 年，人类已在太阳系内发现了约 127 万颗小行星。

不过，小行星个头较小（最大的小行星直径也只有 1000 公里左右，微型小行星则只有鹅卵石一般大小），自身不发光，绝大多数小行星都无法用肉眼看见，在天文望远镜里也顶多是一个小亮点。因此，随着技术的不断进步，从 1997 年开始，人类开始利用非载人宇宙飞船对小行星进行研究。

在非载人宇宙飞船对小行星的研究史中，日本隼鸟小行星探测器可谓是一次壮举。

隼鸟号于 2003 年 5 月 9 日发射，于 2010 年 6 月 13 日返回地球。在 7 年的宇宙旅行中，隼鸟号穿越了近 60 亿公里路程。这是人类第一次对地球有威胁性的小行星进行物质搜集的研究，也是首个把小行星物质带回地球的任务，因此被吉尼斯纪录认定为“世界上首架从小行星上带回物质的探测器”。

不过，在隼鸟号 2005 年抵达距离地球约 1.8 亿英里(约 2.9 亿公里)的小行星“系川”后，未能成功释放着陆器，历经波折最终取到了少量样品，并安全带回地球。

而作为隼鸟号的后继探测器，隼鸟 2 号的使命是——在扫清技术上的问题点和课题后进行真正的探索，目标便是“大闹龙宫”。

实际上，小行星“龙宫”（1999 JU3）是一颗 C 型（碳质）岩石小行星，直径大约只有一公里。许多科学家认为，这类岩石小行星可能在很久以前与地球的碰撞中，将生命的基本构成元素送到了地球上，因此被认为见证了太阳系最初的形成。

国际上，小行星的命名权属于发现者，“龙宫”是由日本科研人员发现的。在一个名为《浦岛太郎》的日本民间故事中，浦岛太郎去往海底龙宫，并带回了一个宝盒回到人间，“龙宫”这个名字正是来源于此，寓意着隼鸟 2 号探测器能从小行星带回珍贵的信息顺利返回地球。

截止目前，隼鸟 2 号探测器对“龙宫”探索之旅的大致时间线如下：

• 2014 年 12 月 3 日，隼鸟 2 号由一枚 H-2A 火箭从种子岛宇宙中心成功发射；

• 2018 年 6 月底，抵达“龙宫”；

• 2019 年 2 月，在“龙宫”着陆，收集“龙宫”表面样本并发现了水合矿物质；

• 2019 年 4 月，向“龙宫”表面发射金属弹（即上文 SCI），造成了撞击坑，探测器收集了被金属弹激起的有关物质，计划将其带回地球进行分析。；

• 2019 年 11 月 13 日，启动用于控制姿势和轨道的化学喷射引擎，正式由“龙宫”出发踏上归程；

• 2019 年 12 月初，逐渐摆脱“龙宫”引力，使用推进器，为返回地球加速；

• 2020 年 11 至 12 月，若返航顺利，届时将到达地球附近，并将“龙宫”地下物质样本扔到南澳大利亚沙漠某处。

2019 年，名古屋大学教授渡边诚一郎曾在记者会上表示：

就算只是带回表面物质，也将是丰硕的成果，但隼鸟 2 号还要将地下的物质一起带回，这对于深入了解小行星十分重要。未来 20 年，其他国家应该无法做到。

随着研究团队得到的数据、信息越来越多，探测器返回地球的时间也逐渐临近，雷锋网 (公众号：雷锋网) 祝愿这一任务圆满成功，为人类对小行星的探索再次迈出关键一步。

参考资料：

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/03/18/science.aaz1701

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2102-6

https://www.jaxa.jp/press/2020/03/20200320-1_j.html

https://www.jaxa.jp/press/2020/03/20200317-1_j.html

https://www.darts.isas.jaxa.jp/planet/pro ject/hayabusa2/

https://baike.baidu.com/item/%E9%9A%BC%E9%B8%9F2%E5%8F%B7%E5%B0%8F%E8%A1%8C%E6%98%9F%E6%8E%A2%E6%B5%8B%E5%99%A8/19102500?fromtitle=%E9%9A%BC%E9%B8%9F2%E5%8F%B7&fromid=15873504&fr=aladdin

。