2025年5月前后，中國(guó)航天將迎來(lái)一件大事：天問(wèn)二號(hào)搭乘長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭，開(kāi)啟深空探測(cè)新征程。
提到“天問(wèn)二號(hào)”，有人可能會(huì)以為它是繼天問(wèn)一號(hào)之后的第二次火星探測(cè)任務(wù)，但其實(shí)“天問(wèn)”是中國(guó)行星探測(cè)系列任務(wù)的命名，并不限于火星。天問(wèn)二號(hào)的任務(wù)是造訪兩顆目標(biāo)天體，一顆是編號(hào)為2016 HO3的近地小行星，另一顆是主帶彗星311P。天問(wèn)二號(hào)為什么選擇這兩顆小天體作為探測(cè)目標(biāo)？這一探索過(guò)程對(duì)我國(guó)深空探測(cè)的推進(jìn)有何助益？我們請(qǐng)中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員雷淼來(lái)說(shuō)一說(shuō)。
（1）為什么選擇這兩顆小行星
根據(jù)目前的任務(wù)計(jì)劃，天問(wèn)二號(hào)升空后，會(huì)先到近地小行星2016 HO3，從其表面采樣送回地球，但探測(cè)器本身不會(huì)返回地面，而是利用地球引力彈弓來(lái)一次加速，繼續(xù)飛往主帶彗星311P執(zhí)行探測(cè)任務(wù)。
2016年4月27日，位于夏威夷的哈萊阿卡拉天文臺(tái)泛星計(jì)劃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一顆阿波羅型小行星2016 HO3。它十分有趣，公轉(zhuǎn)周期是365.77天，和地球的365.25天非常接近，每年圍著地球轉(zhuǎn)一圈。當(dāng)然，我們不能把2016 HO3當(dāng)成月球那樣的真衛(wèi)星，因?yàn)樗鼑@地球運(yùn)動(dòng)只是一種視覺(jué)效果，其本質(zhì)是圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，是由太陽(yáng)引力掌控而非地球引力操縱的結(jié)果。
科學(xué)家給這類天體設(shè)了一個(gè)特別的歸類，叫作“準(zhǔn)衛(wèi)星”。目前，地球附近的準(zhǔn)衛(wèi)星有5顆，準(zhǔn)衛(wèi)星和地球軌道如此接近，使其成為研究?jī)r(jià)值很高的一種天體。作為小行星，本身就埋藏著太陽(yáng)系誕生之初的原始信息，億萬(wàn)年來(lái)幾乎未受打擾。它在地球軌道附近運(yùn)行，無(wú)論一開(kāi)始就在這里，還是被各大行星的引力“搬運(yùn)”來(lái)的，多多少少都反映了地球軌道附近的空間狀況。它也有可能是地球/月球的撞擊噴出物，蘊(yùn)含著地月系的演化歷史。從另一個(gè)角度來(lái)看，準(zhǔn)衛(wèi)星和地球距離較近，對(duì)地面測(cè)控要求相對(duì)較低，航天器接近它所需的能量也較小，因此，對(duì)它進(jìn)行探測(cè)是個(gè)“性價(jià)比”很高的任務(wù)。
天問(wèn)二號(hào)的第二個(gè)探測(cè)目標(biāo)是2013年8月27日由泛星計(jì)劃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的天體，編號(hào)為311P/PanSTARRS，運(yùn)行在大部分小行星所在的主小行星帶（簡(jiǎn)稱“主帶”）內(nèi)，卻擁有類似彗星的外觀。一般來(lái)說(shuō)，主帶內(nèi)的小行星和常規(guī)的彗星是兩種迥異的天體。主帶在火星與木星軌道之間，陽(yáng)光輻射較強(qiáng)，小行星的揮發(fā)物難以存留，因而以巖質(zhì)為主。常規(guī)的彗星來(lái)自遙遠(yuǎn)寒冷的柯伊伯帶或奧爾特云，保存有豐富的冰。
那么，這個(gè)運(yùn)行在主帶卻長(zhǎng)著彗尾的311P，到底是個(gè)什么天體？天文學(xué)家把這種介于小行星和彗星之間的天體稱為“主帶彗星”，隨著更多類似天體陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，它們又得名“活躍小行星”。如果探明活躍小行星將冰或其他揮發(fā)物保留至今的機(jī)制，或可能改寫(xiě)舊有的認(rèn)知。另外，311P可能是少有的雙小行星系統(tǒng)，這將為天問(wèn)二號(hào)的探測(cè)任務(wù)提供額外的研究?jī)r(jià)值及技術(shù)挑戰(zhàn)。
（2）著陸采樣前需伴飛一年之久
2025年5月前后，天問(wèn)二號(hào)搭乘長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭發(fā)射升空后，經(jīng)過(guò)約一年的飛行將到達(dá)探測(cè)任務(wù)第一站：2016 HO3。不過(guò)，它需伴隨這顆小天體飛行一年后，才能擇機(jī)執(zhí)行采樣任務(wù)。
為什么需伴飛一年之久呢？一是因?yàn)橐谥懖蓸又皥?zhí)行許多科學(xué)研究，二是因?yàn)閷?duì)這顆小天體的了解還不夠，比如，它究竟有多大？是什么形狀？是一整塊“大石頭”還是由許多碎塊堆成？其表面地形會(huì)不會(huì)磕碰、卡住或遮擋探測(cè)器？種種細(xì)節(jié)都要慎重考慮。
著陸采樣過(guò)程也與大家熟悉的月面采樣不太一樣。這顆小天體的引力幾近于無(wú)，在其表面著陸不會(huì)像在月球或火星著陸那樣“短平快”，而更像是對(duì)接空間站，要輕柔地把探測(cè)器靠上去。假如小天體是一整塊，那么落猛了有可能被彈飛；而若是松散的碎石堆，在極弱引力下，觸感多半像是兒童游樂(lè)場(chǎng)的彩球泳池或一桶爆米花，落猛了就容易陷入。
天問(wèn)二號(hào)會(huì)使用多臂協(xié)作式小天體附著取樣機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)，將自己固定在小行星表面再執(zhí)行采樣任務(wù)，目標(biāo)是取得100克以上的小行星樣品。采樣完畢后，天問(wèn)二號(hào)將樣品交還地球需要大半年左右的時(shí)間。到了地球附近，天問(wèn)二號(hào)會(huì)把裝有小行星樣品的返回艙丟下來(lái)，并借著地球來(lái)一次引力加速，將自己彈向下一站旅途。這次引力加速非常必要，因?yàn)?11P運(yùn)行在主小行星帶，比火星軌道還要靠外，所以天問(wèn)二號(hào)要克服太陽(yáng)引力才能抵達(dá)。預(yù)計(jì)天問(wèn)二號(hào)從地球飛到311P，需耗費(fèi)7年時(shí)間。
總之，天問(wèn)二號(hào)任務(wù)選擇地球準(zhǔn)衛(wèi)星和主帶彗星為探測(cè)對(duì)象，在國(guó)際上尚屬首次，將為國(guó)際小行星研究領(lǐng)域貢獻(xiàn)中國(guó)智慧。未來(lái)，“天問(wèn)家族”中的天問(wèn)三號(hào)還會(huì)前往火星執(zhí)行采樣返回任務(wù)，天問(wèn)四號(hào)則奔赴更遙遠(yuǎn)的木星，繼續(xù)推動(dòng)我國(guó)深空探測(cè)事業(yè)的發(fā)展。
2025年5月前后，中國(guó)航天將迎來(lái)一件大事：天問(wèn)二號(hào)搭乘長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭，開(kāi)啟深空探測(cè)新征程。
提到“天問(wèn)二號(hào)”，有人可能會(huì)以為它是繼天問(wèn)一號(hào)之后的第二次火星探測(cè)任務(wù)，但其實(shí)“天問(wèn)”是中國(guó)行星探測(cè)系列任務(wù)的命名，并不限于火星。天問(wèn)二號(hào)的任務(wù)是造訪兩顆目標(biāo)天體，一顆是編號(hào)為2016 HO3的近地小行星，另一顆是主帶彗星311P。天問(wèn)二號(hào)為什么選擇這兩顆小天體作為探測(cè)目標(biāo)？這一探索過(guò)程對(duì)我國(guó)深空探測(cè)的推進(jìn)有何助益？我們請(qǐng)中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員雷淼來(lái)說(shuō)一說(shuō)。
（1）為什么選擇這兩顆小行星
根據(jù)目前的任務(wù)計(jì)劃，天問(wèn)二號(hào)升空后，會(huì)先到近地小行星2016 HO3，從其表面采樣送回地球，但探測(cè)器本身不會(huì)返回地面，而是利用地球引力彈弓來(lái)一次加速，繼續(xù)飛往主帶彗星311P執(zhí)行探測(cè)任務(wù)。
2016年4月27日，位于夏威夷的哈萊阿卡拉天文臺(tái)泛星計(jì)劃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一顆阿波羅型小行星2016 HO3。它十分有趣，公轉(zhuǎn)周期是365.77天，和地球的365.25天非常接近，每年圍著地球轉(zhuǎn)一圈。當(dāng)然，我們不能把2016 HO3當(dāng)成月球那樣的真衛(wèi)星，因?yàn)樗鼑@地球運(yùn)動(dòng)只是一種視覺(jué)效果，其本質(zhì)是圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，是由太陽(yáng)引力掌控而非地球引力操縱的結(jié)果。
科學(xué)家給這類天體設(shè)了一個(gè)特別的歸類，叫作“準(zhǔn)衛(wèi)星”。目前，地球附近的準(zhǔn)衛(wèi)星有5顆，準(zhǔn)衛(wèi)星和地球軌道如此接近，使其成為研究?jī)r(jià)值很高的一種天體。作為小行星，本身就埋藏著太陽(yáng)系誕生之初的原始信息，億萬(wàn)年來(lái)幾乎未受打擾。它在地球軌道附近運(yùn)行，無(wú)論一開(kāi)始就在這里，還是被各大行星的引力“搬運(yùn)”來(lái)的，多多少少都反映了地球軌道附近的空間狀況。它也有可能是地球/月球的撞擊噴出物，蘊(yùn)含著地月系的演化歷史。從另一個(gè)角度來(lái)看，準(zhǔn)衛(wèi)星和地球距離較近，對(duì)地面測(cè)控要求相對(duì)較低，航天器接近它所需的能量也較小，因此，對(duì)它進(jìn)行探測(cè)是個(gè)“性價(jià)比”很高的任務(wù)。
天問(wèn)二號(hào)的第二個(gè)探測(cè)目標(biāo)是2013年8月27日由泛星計(jì)劃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的天體，編號(hào)為311P/PanSTARRS，運(yùn)行在大部分小行星所在的主小行星帶（簡(jiǎn)稱“主帶”）內(nèi)，卻擁有類似彗星的外觀。一般來(lái)說(shuō)，主帶內(nèi)的小行星和常規(guī)的彗星是兩種迥異的天體。主帶在火星與木星軌道之間，陽(yáng)光輻射較強(qiáng)，小行星的揮發(fā)物難以存留，因而以巖質(zhì)為主。常規(guī)的彗星來(lái)自遙遠(yuǎn)寒冷的柯伊伯帶或奧爾特云，保存有豐富的冰。
那么，這個(gè)運(yùn)行在主帶卻長(zhǎng)著彗尾的311P，到底是個(gè)什么天體？天文學(xué)家把這種介于小行星和彗星之間的天體稱為“主帶彗星”，隨著更多類似天體陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，它們又得名“活躍小行星”。如果探明活躍小行星將冰或其他揮發(fā)物保留至今的機(jī)制，或可能改寫(xiě)舊有的認(rèn)知。另外，311P可能是少有的雙小行星系統(tǒng)，這將為天問(wèn)二號(hào)的探測(cè)任務(wù)提供額外的研究?jī)r(jià)值及技術(shù)挑戰(zhàn)。
（2）著陸采樣前需伴飛一年之久
2025年5月前后，天問(wèn)二號(hào)搭乘長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭發(fā)射升空后，經(jīng)過(guò)約一年的飛行將到達(dá)探測(cè)任務(wù)第一站：2016 HO3。不過(guò)，它需伴隨這顆小天體飛行一年后，才能擇機(jī)執(zhí)行采樣任務(wù)。
為什么需伴飛一年之久呢？一是因?yàn)橐谥懖蓸又皥?zhí)行許多科學(xué)研究，二是因?yàn)閷?duì)這顆小天體的了解還不夠，比如，它究竟有多大？是什么形狀？是一整塊“大石頭”還是由許多碎塊堆成？其表面地形會(huì)不會(huì)磕碰、卡住或遮擋探測(cè)器？種種細(xì)節(jié)都要慎重考慮。
著陸采樣過(guò)程也與大家熟悉的月面采樣不太一樣。這顆小天體的引力幾近于無(wú)，在其表面著陸不會(huì)像在月球或火星著陸那樣“短平快”，而更像是對(duì)接空間站，要輕柔地把探測(cè)器靠上去。假如小天體是一整塊，那么落猛了有可能被彈飛；而若是松散的碎石堆，在極弱引力下，觸感多半像是兒童游樂(lè)場(chǎng)的彩球泳池或一桶爆米花，落猛了就容易陷入。
天問(wèn)二號(hào)會(huì)使用多臂協(xié)作式小天體附著取樣機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)，將自己固定在小行星表面再執(zhí)行采樣任務(wù)，目標(biāo)是取得100克以上的小行星樣品。采樣完畢后，天問(wèn)二號(hào)將樣品交還地球需要大半年左右的時(shí)間。到了地球附近，天問(wèn)二號(hào)會(huì)把裝有小行星樣品的返回艙丟下來(lái)，并借著地球來(lái)一次引力加速，將自己彈向下一站旅途。這次引力加速非常必要，因?yàn)?11P運(yùn)行在主小行星帶，比火星軌道還要靠外，所以天問(wèn)二號(hào)要克服太陽(yáng)引力才能抵達(dá)。預(yù)計(jì)天問(wèn)二號(hào)從地球飛到311P，需耗費(fèi)7年時(shí)間。
總之，天問(wèn)二號(hào)任務(wù)選擇地球準(zhǔn)衛(wèi)星和主帶彗星為探測(cè)對(duì)象，在國(guó)際上尚屬首次，將為國(guó)際小行星研究領(lǐng)域貢獻(xiàn)中國(guó)智慧。未來(lái)，“天問(wèn)家族”中的天問(wèn)三號(hào)還會(huì)前往火星執(zhí)行采樣返回任務(wù)，天問(wèn)四號(hào)則奔赴更遙遠(yuǎn)的木星，繼續(xù)推動(dòng)我國(guó)深空探測(cè)事業(yè)的發(fā)展。
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