欧西里斯号进入小行星贝努轨道,并打破两项纪录

告别2018年的最后一天,当一般人都放学下班投入假期的怀抱,美国太空总署有几个任务团队仍旧忙碌着,除了新视野号飞越终极远境以外,让人类有意识探索下的疆界开拓到传统的九大行星系统以外;另一个团队也忙碌着引导欧西里斯号(OSIRIS-REx)进入绕行小行星贝努(Bennu)的轨道,打破了有史以来太空探测器所绕行天体尺寸最小、并且轨道半径最短的纪录。

贝努和帝国大厦、艾菲尔铁塔的尺寸比较(来源:University of Arizona)
贝努和帝国大厦、艾菲尔铁塔的尺寸比较(来源:University of Arizona)

 

  • 破了什么纪录?

上图展示了贝努和帝国大厦与艾菲尔铁塔的尺寸比较,若是以我们熟悉的台北101来说,101大楼标高为509公尺,贝努的赤道直径以及南北极距离大概是500公尺,套用简单的圆周长公式估算一下,绕着赤道一周不会超过两公里,比绕着台大校总区外围跑一圈的长度还要短上许多。

这么说或许还是让人有些质疑,如果有个直径500公尺的球体在眼前根本就是庞然大物了吧!说好的小究竟是小在哪里呢?在我们日常生活所及的尺度里,这样的尺寸很庞大,但在广大的太阳系里,即使不算上太阳,在半径动辄几千公里的行星面前,这都是相当渺小的存在。

目前是第一次进入绕轨运行阶段,从贝努中心起算,欧西里斯号的轨道半径约为1.75公里,这个绕行高度和一般民航机巡航的高度相比低上了许多。由于贝努的重力很弱,很难像地球那样牢牢抓紧着卫星,因此能让欧西里斯号在规画好的轨道上运行是一大突破。

  • 破完纪录然后呢?

破了纪录固然值得欣喜,但是还不能就此放松大意。欧西里斯号目前进入的轨道看似稳定,但由于目前的轨道是根据先前观测资料进行模拟而得到的,因此仍有必要持续对贝努的质量分布和重力场进行观测,以得到更佳的轨道规划。

此外,由于贝努的质量实在是太小了,亚尔科夫斯基效应(Yarkovsky Effect)指出,来自太阳或者因为自身具有温度散发的热辐射所伴随着的光子,由于具有动量,因此会对小型天体的轨道产生影响,就像是有无数的小球撞击或者被甩出去一样,可以想见长期下来这会造成贝努绕太阳运行的公转轨道有所偏差,这些偏差有多少,欧西里斯号的轨道又要跟着调整多少,都是有待观测的项目。

12月2日欧西里斯日从24公里外摄下照片的组合图(来源:NASA/Goddard/University of Arizona)
12月2日欧西里斯日从24公里外摄下照片的组合图(来源:NASA/Goddard/University of Arizona)
  • 任务目标

成功的进入绕行轨道只是任务的其中一个阶段性目标,这一趟大老远任务的终极目标是能够采集到贝努表层岩屑的样本,并顺利在2023年将样本送返地球。

就如同我们不再必须透过星辰来为我们指出方位,日常生活多半都用Google地图来导航一样,如果我们能拥有一份贝努版的Google地图,研究团队就不需要去计算星体间相对位置,而可以用地图上的地标来为欧西里斯号导航;另外一个对完成任务有很直觉却很显著帮助的部分是,这份地图可以帮助我们筛选适合的地形地貌,选择采样地点。因此,在低空绕行轨道这个阶段,研究团队将会利用搭载的相机绘制出贝努完整的地图。

  • 水的存在

在进入绕轨阶段之前,初步针对贝努的光谱分析已经发现表面岩土存在含有羟基(-OH)成分的分子,这是曾经含有水的重要特征,然而贝努自身的重力太小没有办法维持住液态水的存在,哪来的水进行作用呢?比较合理的推断是,贝努其实是从另一个母星体分离出来的,那个母星体拥有足够让液态水存在的重量,而贝努正是从母星上分裂出来携带着含水物质的一个小星体。

人类千百年来一直怀抱着一些还无法回答,只能佐以神话的大哉问:「我们是从哪里来的?命运又要带着我们往哪里去?」,而欧西里斯号的任务能为回答这些问题帮上一点忙。

欧西里斯在埃及是孕育生命的农业之神,同时也是冥府之神。欧西里斯号的命名虽然主要是源于几个研究目标的缩写,同时呼应着研究团队的期待:在贝努上发现水存在的这一事实,不只帮助我们推断贝努以及太阳系早期的演化过程,水也是许多生物生存重要的元素,因此几年后返回地球的样本里,或许就潜藏着生命起源的秘密;由于贝努这个被认为是22世纪中后期有可能撞击地球的小行星之一,我们也可以期待这一次的研究,能帮助人类在未来应对威胁时更有把握。

       
参考资料:

    1. NASA’s OSIRIS-REx Spacecraft Enters Close Orbit Around Bennu, Breaking Record
    2. NASA’s Newly Arrived OSIRIS-REx Spacecraft Already Discovers Water on Asteroid
    3. THE MISSION

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