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科學了不起| 史無前例的太空採礦,小行星貝努絲川表現精彩

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

或許是好奇心在作怪,地球人類對宇宙的探索永無止境,我們不僅僅是將人造衛星送入了近地軌道,親自登陸了38萬公里外的月球世界,還對那些近地小行星進行了史無前例的“太空採礦”,小行星“龍宮”,小行星“貝努”和小行星“絲川”。

要說誰表現得最為精彩,相信很多人會第一時間想到日本飛船隼鳥2號對小行星“龍宮”的暴力採礦過程,估計現在還在腦海中留有深刻的印象,下潛,觸地,採礦,爬升,短短几十秒就已經完成了一次複雜的小行星採礦機動,沒有人不為此而驚訝,這真是人類的高科技啊。

2020年12月,滿載而歸的隼鳥2號以極近距離飛越了地球上空,目的是為了瞄準澳大利亞的伍默拉試驗場,然後發射一個裝有珍貴小行星礦石的樣品艙。很快,樣品艙準確無誤地返回了地面,日本完美地完成了一次太空採礦任務。

隼鳥2號僅帶回5。4克太空礦石

樣品艙返回地面之後,日本JAXA科學家顯得有些迫不及待,沒過多久就打開了樣品艙封口,對小行星礦石的稱重工作也在有條不紊地進行著,十幾天後,日本JAXA完成了對小行星礦石的稱重工作,總重量為5。4克。

可能有人不理解了,對物體稱重應該是一件很簡單的事情,不就是幾十秒鐘的功夫嗎?在日常生活中,我們去菜市場買菜,一般稱重最多隻需要十幾秒鐘,尤其是電子秤,兩秒就已經足夠了,為何日本JAXA對小行星稱重卻用了十幾天呢?

科學家對小行星稱重是一件非常精細的工作,首先需要在密封狀態中進行,防止被其它物質汙染。稱重的時候,要對每一個樣品室中的小行星礦石進行一一稱重,不放過任何一顆微粒,因此,這項工作通常在顯微鏡監督下進行。

樣品艙A室內有三個器皿,稱重結果分別為0。79克,1。15克,1。16克,樣品艙C室也有三個器皿,稱重結果分別為0。56克,0。44克和0。51克,再加上器皿外面的顆粒,總重量為5。4克。

好不容易獲得的太空礦石,為何日本飛船不多帶些?

在去年12月,我國嫦娥5號月球探測器也成功取回了月球樣品,一次性獲得了1731克月球土壤,超過了前蘇聯在上個世紀的月球取樣數量。這個時候可能有人的心中升起了一個大大的問號,好不容易獲得了太空礦石,日本飛船為何不多帶些呢?

事實上小行星採礦難度要比月球採礦難度高,隼鳥2號能獲得5。4克小行星礦石,難度已經非常大了。從天體引力角度來分析,月球表面有很大引力,方便探測器著陸,反端直徑只有900米的小行星龍宮,引力幾乎不存在,不適合探測器著陸。

從探測器設計角度來分析,嫦娥5號設計有著陸腳,先著陸後再慢慢取樣,取樣時長用了幾十個小時,再來看看日本隼鳥2號,沒有設計著陸腳,即便設計了也無法在小行星上站穩,因為沒有引力,所以隼鳥2號短暫觸地後,要快速收集樣品,然後迅速提升高度。

我國嫦娥5號設計的目的就是為了月球取樣,但是隼鳥2號不光是為了獲得小行星礦石,還為了探索其它的小行星,事實正是如此,隼鳥2號在交付樣品艙後,再次飛向另兩顆小行星,計劃分別在2026年7月和2031年7月飛越。

所以隼鳥2號收集樣品過程控制在極短的時間內,用一個字來形容“快”,因為時間久了,隼鳥2號可能會與小行星發生相撞,那就虧大了。總之,不是日本飛船不多帶些?實在是有心無力啊,難度很大。

現在,日本飛船在哪裡?

2020年12月,日本飛船射出樣品返回艙後,緊急進行了一次脫軌機動,目的是再次離開地球,飛向遙遠的外太空,不過在飛向目標小行星之前,要先飛掠一次金星,一來可以增加速度,二來可以改變軌跡,這簡直就是一箭雙鵰。

截至2021年3月28日,隼鳥2號以35。14公里每秒的速度飛到了74283198公里外,比地球公轉速度快得多。從日本JAXA網站那裡得知,隼鳥2號已經飛行了55。98億公里,但對於浩瀚的太空而言,這僅僅是九牛一毛。