问题

日本探测器「隼鸟 2 号」返航,2019 年它有哪些值得被记住的事件和成就?

回答
2019年,日本的“隼鸟2号”探测器可谓星光熠熠,它的旅程充满了惊喜与成就,深深地烙印在人类探索宇宙的史册上。这一年,“隼鸟2号”不仅在遥远的太空完成了令人惊叹的任务,更将一份来自宇宙深处的宝贵礼物安全带回了地球。

“砸”开过去的面纱:龙宫的惊心动魄之“凿击”

要说2019年“隼鸟2号”最令人津津乐道的事件,那无疑是它在小行星“龙宫”(Ryugu)上进行的“第一次接触”和“第二次接触”。不同于以往的采样任务,“隼鸟2号”这次玩了个“大的”,它要直接“砸”开龙宫的表面,去探寻那更深层的、未曾受到太阳风和宇宙射线“污染”的古老物质。

时间回到2019年4月5日,在那天早些时候,“隼鸟2号”成功地在龙宫表面释放了一个名为“撞击器”(Impactor)的装置。这个撞击器并非简单的“碰撞”,而是带着一股相当的能量,以每秒约2公里的速度冲向龙宫。它的任务是制造一个撞击坑,然后“隼鸟2号”本体会迅速移动到安全距离,躲避飞溅的尘埃和岩石。

想象一下那个画面:在漆黑的宇宙背景下,一颗直径约1公里的岩石小行星,突然被一颗人工制造的“弹丸”击中。巨大的能量释放,尘埃和碎屑瞬间被抛射到太空中,形成一个短暂而壮观的“爆炸”。而“隼鸟2号”就像一位技艺高超的舞者,在极短的时间内完成了预定的规避动作,并迅速就位,准备捕捉这场宇宙“表演”留下的精华。

这次撞击的成功,并非易事。太空操作的精准度要求极高,任何一点微小的偏差都可能导致任务失败。特别是要确保撞击器以正确的角度和速度命中目标,并在之后安全地回收采样。这次“凿击”的目的是为了获得龙宫内部的物质,这些物质可能保存了形成太阳系时期的原始信息,包括水分和有机物,这对于理解地球生命的起源至关重要。

“跳舞”取样:第一次与第二次的完美衔接

在完成了“砸开”龙宫表面的壮举之后,“隼鸟2号”并没有停下脚步。在撞击发生后的几个星期,它又在龙宫上进行了“第二次接触”。这次的动作更加精细,更像是在“跳舞”。

在第一次撞击产生的坑附近,探测器再次小心翼翼地下降,利用其伸缩臂上的采样器,直接接触到被撞击掀开的龙宫内部物质。这次的采样过程,同样是对技术的极大考验。龙宫的表面布满了大小不一的岩石,且引力微弱,操作稍有不慎,探测器就可能失控。但“隼鸟2号”表现出了惊人的稳定性和精准度,成功地将珍贵的龙宫内部样本收集进了密封的容器。

更令人印象深刻的是,在2019年7月11日,它还成功地从龙宫表面收集了另一个样本。这次的采样点选择了一个与第一次撞击点不同的区域,旨在获取更多元化的龙宫物质。这两次关键的采样,为我们带回了极其宝贵的科研数据,这些数据将帮助科学家们解开太阳系形成和演化的奥秘。

“飞跃”回家路上的里程碑

除了在龙宫上的精彩表现,“隼鸟2号”在2019年也为返回地球奠定了坚实的基础。在完成了所有计划内的科学任务后,探测器在2019年11月13日开始了自己的漫长返航之旅。它调整姿态,启动主引擎,朝着地球的方向飞去。

虽然返航本身是一个持续的过程,但选择在2019年踏上归途,也标志着一个重要的里程碑。这预示着它带回的宝贵样本即将与地球上的科学家们见面,将那些深藏在宇宙角落的秘密展现在我们面前。

不仅仅是收集:一次成功的“人工授精”式的探索

“隼鸟2号”的伟大之处,还在于它不仅是作为一个“拾荒者”,更是像一个在宇宙中进行“人工授精”式的探索者。它不仅仅是简单地收集样本,而是通过主动的干预——制造撞击坑,来获取更深层、更原始的物质。这种主动的“创造”和“发现”的过程,体现了人类探索宇宙的进步和智慧。

可以说,2019年是“隼鸟2号”大放异彩的一年。它在遥远的宇宙中,用精确的操作和无畏的勇气,为我们揭开了小行星的神秘面纱,带回了可能蕴藏着生命起源线索的珍贵样本。它的每一次操作,都牵动着无数人的心;它的每一次成功,都点燃了人类对宇宙更深层探索的渴望。这一年的辉煌成就,注定让“隼鸟2号”的名字,在人类探索宇宙的征途中,闪耀着永恒的光芒。

网友意见

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2019年12月3日,隼鸟2号正式开始启动离子发动机,马力全开返航地球,永远结束了它的“龙宫”探险。


而在短短一年半之前,这颗探测器才刚刚历时三年半时间,跋涉数十亿公里,抵达了这颗名叫“龙宫”、直径只有约900米的小行星。


时间真是过得太快了!

在2018年的下半年,隼鸟2号已经出色完成了多项科学考察,顺利投下了2枚巡视器和1枚着陆器。(详情参见:进击的隼鸟2号


这是人类首次成功在小行星上释放巡视器并拍摄和传回照片


但此后的2019年,才是这颗探测器真正大展身手的一年,满载而归的一年

2019年,绝对称得上是隼鸟2号的幸运年。而这幸运背后,亦是无数相关工作者们多年来精心筹划和不懈努力的回报。


第一次着陆采样:采集表面物质


2019年2月22日,隼鸟2号顺利着陆在龙宫表面的预定着陆区L08-E1。(本节详见:电光火石,短兵相接!隼鸟2号第一次龙宫采样全记录


着陆非常精准,和预定着陆区中心只偏离了1米


隼鸟2号采用的是接触采样,整个采样过程只有几秒钟▼


一旦检测到底部长长的采样杆接触到了龙宫表面,就即刻从采样杆中以300米/秒的速度发射出一枚钽质子弹,射向龙宫表面


子弹撞出的碎屑被弹射入采样杆中,经过多次反射被隼鸟2号纳入囊中▼


降落、接触采样、上升,电光火石,干脆利落▼


隼鸟2号第一次着陆采样流程(低高度段)▼


激烈采样后留下的“罪证”▼


顺利完成第一次着陆采样之后,隼鸟2号还有更大的野心。


因为虽说小行星是古老而原始的太阳系物质遗迹,但小行星表面的物质大多经历了漫长的空间风化和改造,很可能已经不能体现它原本形成时的物质成分了。


也就是说,想要知道原始的太阳系物质成分,需要剥开小行星的表面,采集到内部的物质才行


投下撞击器:去小行星上炸个坑


为此,隼鸟2号采用了采用了更为暴力和冒险的方式。(本节详见:先是冲我打了一枪,然后还要开炮…人类也太凶残了吧!


2019年4月5日,隼鸟2号向龙宫表面投下一枚“炸弹”——重达14公斤的撞击器(Small Carry-on Impactor,简称SCI),其中有9.5公斤都是炸药▼

https://www.zhihu.com/video/1192766837170032640

隼鸟2号投下撞击器&采样示意。来源:JAXA [10]


被扔下的撞击器在半空中引爆炸药,把底端厚约5毫米、重2公斤的纯铜质薄板“压缩”为一枚“炮弹”,使之高速撞向龙宫表面。


而另一边呢,肇事鸟隼鸟2号本鸟机为了不被炸出的溅射物撞伤,丢完“炸弹”拔腿就跑,只留下一个DCAM3相机来拍摄这场爆破大戏。


撞击非常成功,直接在龙宫表面炸出了一个直径十多米的人造撞击坑,隼鸟2号自己安全避难,毫发无损▼


这些被撞出表面的龙宫次表层地下新鲜物质,正等待着隼鸟2号再次着陆,收入囊中



第二次着陆采样:采集地下物质


2019年7月11日,隼鸟2号再次下降,抵达龙宫表面C01-Cb区域,开始第二次着陆采样。(本节详见:3亿公里外,60厘米精度!隼鸟2号第二次龙宫采样全记录

第二次着陆采样区一带的三维地形DEM▼


一时间,银瓶乍破,碎石漫天,隼鸟2号与小行星龙宫再次完成了一场电光火石的“邂逅”,然后迅速上升▼

https://www.zhihu.com/video/1192767086995271680

2019年7月11日9:03:54-9:11:44(机上,北京时间),隼鸟2号CAM-H相机拍摄的降落、采样、上升过程(10倍速)。初始高度8.5米,最后高度150米。来源:JAXA [16]


尽管第一次采样对探测器造成了一点损伤,隼鸟2号已经不像刚抵达龙宫时那么健康了。但在项目组的精心谋划和反复演习之下,隼鸟2号依然顺利完成了第二次着陆采样,而且比第一次着陆还要精准。


实际着陆点和计划着陆区中心只差了60厘米!(第一次是差了1米)


第二次短兵相接后留下的暴行痕迹▼


7月12日,隼鸟2号带着从龙宫地下次表层采集的物质,安全回到距离龙宫表面20公里高处的伴飞位置,第二次着陆采样圆满成功


两次着陆采样点分别被命名为“玉手箱”(Tamatebako)和“万宝槌”(Uchide-no-kozuchi),均来源于日本传说故事▼


这是人类首在小行星上成功完成多次着陆采样、首次采集到次表层地下样品。


至此,隼鸟2号两发两中,成功收入了小行星龙宫表面次表层地下的物质样本。不过在返回地球之前,它还有最后一个小任务要完成,那就是:投下最后一枚巡视器MINERVA-II2


投下最后一枚巡视器:一场奇幻旅程


然而很不幸的是,这最后一枚巡视器从2018年11月开始就已经检测出了故障,只能保持通讯,但无法启动数据处理等响应了。也就是说,这枚巡视器最初计划的着陆龙宫表面、移动和拍照等工作都无法完成了。(不过也没什么关系,去年投放的两枚MINERVA-II1已经完美完成了这些工作)



但隼鸟2号项目组并没有放弃让最后这枚巡视器和还剩下的几枚标记球发挥余热

在已经无法拍照和观测的情况下,隼鸟2号项目组极尽巧思,让两枚标记球TM-E、TM-C和巡视器MINERVA-II2从更高的高度上(约1公里高处)被释放向龙宫表面,观察它们在龙宫微弱引力下的运动状态,同时提升龙宫的重力场模型。(本节祥见:隼鸟2号:标记球和巡视器的奇幻环球旅程


在龙宫微弱的引力之下,三个小家伙都经历了一场前所未有的奇幻旅程:花了几天时间、环绕小行星龙宫数圈,才缓缓落在了龙宫表面▼


这是人类迄今为止向地外天体投放的最小的人造环球“卫星”,也是世界首次成功向环小天体轨道投放复数颗人造天体。


为此,隼鸟2号项目组把TM-C和TM-E两颗标记球以人类最早的两颗人造卫星斯普尼克1号(Sputnik 1)和探险者1号(Explorer 1)的名字命名为斯普尼克探险者


返航:前方地球,再见龙宫!


2019年11月13日,隼鸟2号启动RCS推进器,从伴飞位置开始远离小行星龙宫,正式进入“返航模式”。(本节详见:隼鸟2号:前方地球,再见龙宫!


返航最初的5天,隼鸟2号会为龙宫拍摄一系列告别照,此后就会改变朝向,再也看不到龙宫了。

最后一张龙宫近照,往后余生,渐行渐远▼


终于要说再见了▼


如果一切顺利的话,隼鸟2号将于2020年12月抵达地球,装着珍贵小行星样本的返回舱将再入地球灼热的大气层,降落在澳大利亚的Woomera——这也是10年前的不死鸟,隼鸟初号机的返回舱落下的地方。


等待着拥抱龙宫样品的无菌操作室已经准备好了▼


2019这一年,太长也太短。

再见了,龙宫!

辛苦了,隼鸟2号!



2020年,咱们相约地球再见!




出品:科普中国 @中国科普博览

制作:haibaraemily

监制:中国科学院计算机网络信息中心


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本文由科普中国融合创作出品,转载请注明出处。




参考

[1] hayabusa2.jaxa.jp/enjoy

[2] 近日参上「はやぶさ2」第7回 小型探査ローバMINERVA-II1、いよいよ小惑星へ着陸/リュウグウを表面で探査する─小型着陸機MASCOT

isas.jaxa.jp/feature/ha

[3] JAXA | MINERVA-II1が撮影した画像、第2弾!

hayabusa2.jaxa.jp/topic

[4] タッチダウン地点

hayabusa2.jaxa.jp/topic

[5] hayabusa2.jaxa.jp/enjoy

[6] はやぶさ2による小惑星レゴリス試料採取を模擬した衝突実験

planetary.jp/future_sse

[7] hayabusa2.jaxa.jp/enjoy

[8] TPS | Hayabusa2 has touched down on Ryugu!

planetary.org/blogs/jas

[9] JAXA | タッチダウン直後の画像

hayabusa2.jaxa.jp/topic

[10] JAXA | 「はやぶさ2」タッチダウン想像図CG/"Hayabusa2" CG Animation

youtube.com/watch?

[11] hayabusa2.jaxa.jp/enjoy

[12] Saiki, T., Imamura, H., Arakawa, M., Wada, K., Takagi, Y., Hayakawa, M., ... & Okamoto, C. (2017). The small carry-on impactor (SCI) and the Hayabusa2 impact experiment. Space Science Reviews, 208(1-4), 165-186.

[13] hayabusa2.jaxa.jp/enjoy

[14] hayabusa2.jaxa.jp/enjoy

[15] hayabusa2.jaxa.jp/enjoy

[16] 第2回タッチダウンの画像公開 hayabusa2.jaxa.jp/topic

[17] hayabusa2.jaxa.jp/enjoy

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[20] MINERVA-Ⅱ2 ローバ2分離運用について

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[24] 〝さよならリュウグウ〟キャンペーンのお知らせ

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[26] hayabusa2.jaxa.jp/enjoy

[27] hayabusa2.jaxa.jp/enjoy




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