回顧隼鳥(niǎo)2號(hào)“龍宮”探索之旅
發(fā)布時(shí)間:2019-12-24
出品:科普中國(guó)
制作:haibaraemily
監(jiān)制:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

  2019123日,隼鳥(niǎo)2號(hào)正式開(kāi)始啟動(dòng)離子發(fā)動(dòng)機(jī),馬力全開(kāi)返航地球,永遠(yuǎn)結(jié)束了它的“龍宮”探險(xiǎn)。?

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小行星龍宮。來(lái)源:JAXA?

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  而在短短一年半之前,這顆探測(cè)器才剛剛歷時(shí)三年半時(shí)間,跋涉數(shù)十億公里,抵達(dá)了這顆名叫“龍宮”、直徑只有約900米的小行星。?

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隼鳥(niǎo)2號(hào)從地球到小行星龍宮的軌道。改編自:JAXA?

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  時(shí)間真是過(guò)得太快了!?

  在2018年的下半年,隼鳥(niǎo)2號(hào)已經(jīng)出色完成了多項(xiàng)科學(xué)考察,順利投下了2枚巡視器和1枚著陸器。(詳情參見(jiàn):進(jìn)擊的隼鳥(niǎo)2號(hào))?

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隼鳥(niǎo)2號(hào)攜帶的巡視器MINERVA-II1(左)和著陸器MASCOT(右),已分別于2018921日和103日投下。來(lái)源:JAXA ?

  這是人類(lèi)首次成功在小行星上釋放巡視器并拍攝和傳回照片。?

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巡視器MINERVA-II 1B2018923日落地前(左)和落地后(右)拍攝的龍宮照片。來(lái)源:JAXA?

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  但此后的2019年,才是這顆探測(cè)器真正大展身手的一年,滿(mǎn)載而歸的一年。?

  2019年,絕對(duì)稱(chēng)得上是隼鳥(niǎo)2號(hào)的幸運(yùn)年。而這幸運(yùn)背后,亦是無(wú)數(shù)相關(guān)工作者們多年來(lái)精心籌劃和不懈努力的回報(bào)。?

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  第一次著陸采樣:采集表面物質(zhì)?

  2019222日,隼鳥(niǎo)2號(hào)順利著陸在龍宮表面的預(yù)定著陸區(qū)L08-E1。(本節(jié)詳見(jiàn):電光火石,短兵相接!隼鳥(niǎo)2號(hào)第一次龍宮采樣全記錄)?

龍宮上已投下的標(biāo)記球TM位置和預(yù)定著陸區(qū)L08-E1位置,著陸區(qū)范圍是一個(gè)直徑6米的圓形區(qū)域。來(lái)源:JAXA?

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  著陸點(diǎn)非常精準(zhǔn),和預(yù)定著陸區(qū)中心只偏離了1米。?

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隼鳥(niǎo)2號(hào)第一次著陸采樣點(diǎn)。漢化自:JAXA?

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  隼鳥(niǎo)2號(hào)采用的是接觸采樣,整個(gè)采樣過(guò)程只有幾秒鐘。?

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隼鳥(niǎo)2號(hào)的采樣桿位置和底部視圖。來(lái)源:JAXA?

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  一旦檢測(cè)到底部長(zhǎng)長(zhǎng)的采樣桿接觸到了龍宮表面,就即刻從采樣桿中以300/秒的速度發(fā)射出一枚鉭質(zhì)子彈,射向龍宮表面。?

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采樣桿結(jié)構(gòu)和鉭質(zhì)子彈實(shí)物(質(zhì)量5克,直徑8毫米)照片,使用鉭質(zhì)子彈是為了避免采集的樣品中混入不可控的污染物。來(lái)源:JAXA?

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  子彈撞出的碎屑被彈射入采樣桿中,經(jīng)過(guò)多次彈射被隼鳥(niǎo)2號(hào)納入囊中。?

漢化自:JAXA?

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  降落、接觸采樣、上升,電光火石,干脆利落?

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隼鳥(niǎo)2號(hào)的第一次著陸采樣。來(lái)源:JAXA?

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  隼鳥(niǎo)2號(hào)第一次著陸采樣流程(低高度段)。?

激光高度計(jì)LIDAR和近距離激光測(cè)距儀LRF是隼鳥(niǎo)2號(hào)在距龍宮表面不同高度處采用的不同測(cè)距方式。來(lái)源:JAXA?

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  激烈采樣后留下的“罪證”?

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20192227:30(日本時(shí)間),隼鳥(niǎo)2號(hào)的光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)ONC-W1在距離龍宮表面約25米處拍下了第一次著陸采樣后龍宮表面的樣子。?

  來(lái)源:JAXA、東大等?

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  順利完成第一次著陸采樣之后,隼鳥(niǎo)2號(hào)還有更大的野心。?

  雖說(shuō)小行星是古老而原始的太陽(yáng)系物質(zhì)遺跡,但小行星表面的物質(zhì)大多經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的空間風(fēng)化和改造,很可能已經(jīng)不能體現(xiàn)它原本形成時(shí)的物質(zhì)成分了。?

  也就是說(shuō),想要知道原始的太陽(yáng)系物質(zhì)成分,需要?jiǎng)冮_(kāi)小行星的表面,采集到內(nèi)部的物質(zhì)才行。?

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  投下撞擊器:去小行星上炸個(gè)坑?

  為此,隼鳥(niǎo)2號(hào)采用了采用了更為暴力和冒險(xiǎn)的方式。(本節(jié)詳見(jiàn):先是沖我打了一槍?zhuān)缓筮€要開(kāi)炮…人類(lèi)也太兇殘了吧!)?

  201945日,隼鳥(niǎo)2號(hào)向龍宮表面投下一枚“炸彈”——重達(dá)14公斤的撞擊器(Small Carry-on Impactor,簡(jiǎn)稱(chēng)SCI)(其中有9.5公斤都是炸藥)。?

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隼鳥(niǎo)2號(hào)投下撞擊器&采樣示意。來(lái)源:JAXA?

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  被扔下的撞擊器在半空中引爆炸藥,把底端厚約5毫米、重2公斤的純銅質(zhì)薄板“壓縮”為一枚“炮彈”,使之高速撞向龍宮表面。?

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銅板加速過(guò)程中的變形過(guò)程,注意銅板一開(kāi)始會(huì)先改變凹凸的朝向。“炮彈”也會(huì)迅速被加速到2公里/秒。之所以選擇在半空中引爆,以純銅炮彈撞擊,是為了不讓炸藥污染采樣區(qū)。來(lái)源:JAXA?

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  而另一邊呢,“肇事鳥(niǎo)”隼鳥(niǎo)2號(hào)本機(jī)為了不被炸出的濺射物撞傷,丟完“炸彈”拔腿就跑,只留下一個(gè)DCAM3相機(jī)來(lái)拍攝這場(chǎng)爆破大戲。?

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隼鳥(niǎo)2號(hào)投下撞擊器之后的躲避計(jì)劃。來(lái)源:改編自參考文獻(xiàn)13?

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  撞擊非常成功,直接在龍宮表面炸出了一個(gè)直徑十多米的人造撞擊坑,隼鳥(niǎo)2號(hào)自己安全避難,毫發(fā)無(wú)損。?

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撞出的人造撞擊坑直徑超過(guò)10米,深度約2-3米。值得注意的是新撞出的撞擊坑內(nèi)部呈暗黑色,表明挖出的新鮮物質(zhì)似乎比表面物質(zhì)顏色更暗。來(lái)源:JAXA、東大等。?

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  這些被撞出表面的龍宮次表層地下新鮮物質(zhì),正等待著隼鳥(niǎo)2號(hào)再次著陸,并將其收入囊中。?

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  第二次著陸采樣:采集地下物質(zhì)?

  2019711日,隼鳥(niǎo)2號(hào)再次下降,抵達(dá)龍宮表面C01-Cb區(qū)域,開(kāi)始第二次著陸采樣。(本節(jié)詳見(jiàn):3億公里外,60厘米精度!隼鳥(niǎo)2號(hào)第二次龍宮采樣全記錄https://mp.weixin.qq.com/s/hj27jce9rcAKOLqtf7g3Gg)?

  第二次著陸采樣區(qū)一帶的三維地形DEM?

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由著陸前的三次下降觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制。來(lái)源:JAXA?

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  一時(shí)間,銀瓶乍破,碎石漫天,隼鳥(niǎo)2號(hào)與小行星龍宮再次完成了一場(chǎng)電光火石的“邂逅”,然后迅速上升。?

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20197119:03:54-9:11:44(機(jī)上,北京時(shí)間),隼鳥(niǎo)2號(hào)CAM-H相機(jī)拍攝的降落、采樣、上升過(guò)程(10倍速)。初始高度8.5米,最后高度150米。來(lái)源:JAXA?

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  盡管第一次采樣對(duì)探測(cè)器造成了一點(diǎn)損傷,隼鳥(niǎo)2號(hào)已經(jīng)不像剛抵達(dá)龍宮時(shí)那么健康了。但在項(xiàng)目組的精心謀劃和反復(fù)演習(xí)之下,隼鳥(niǎo)2號(hào)依然順利完成了第二次著陸采樣,而且比第一次著陸還要精準(zhǔn)。?

  實(shí)際著陸點(diǎn)和計(jì)劃著陸區(qū)中心只差了60厘米!(第一次是差了1米)。?

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(左)著陸點(diǎn)(藍(lán)點(diǎn))和計(jì)劃著陸區(qū)C01-Cb的中心(綠點(diǎn))的位置;(右)采樣桿接觸點(diǎn)的位置(黃圈)。來(lái)源:JAXA?

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  第二次短兵相接后留下的暴行痕跡?

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(上)20197119:06:32ONC-W1相機(jī)拍攝,可見(jiàn)漫天碎石。(下)同日9:08:52(均為機(jī)上、北京時(shí)間),ONC-W1相機(jī)拍攝,可見(jiàn)子彈打出的新鮮物質(zhì)比周?chē)?。?lái)源:JAXA、東大等。?

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  712日,隼鳥(niǎo)2號(hào)帶著從龍宮地下次表層采集的物質(zhì),安全回到距離龍宮表面20公里高處的伴飛位置,第二次著陸采樣圓滿(mǎn)成功。?

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JAXA控制室里再次傳來(lái)成功的歡呼聲。來(lái)源:JAXA?

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  兩次著陸采樣點(diǎn)分別被命名為“玉手箱”(Tamatebako)和“萬(wàn)寶槌”(Uchide-no-kozuchi),均來(lái)源于日本傳說(shuō)故事。?

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第一次著陸采樣點(diǎn)TD1和第二次著陸采樣點(diǎn)TD2的位置。來(lái)源:JAXA、東大等。?

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  這是人類(lèi)首在小行星上成功完成多次著陸采樣,并首次采集到次表層地下樣品。?

  至此,隼鳥(niǎo)2號(hào)兩發(fā)兩中,成功收入了小行星龍宮表面和次表層地下的物質(zhì)樣本。不過(guò)在返回地球之前,它還有最后一個(gè)小任務(wù)要完成,那就是:投下最后一枚巡視器MINERVA-II2。?

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  投下最后一枚巡視器:一場(chǎng)奇幻旅程?

  然而很不幸的是,最后一枚巡視器從201811月開(kāi)始就已經(jīng)檢測(cè)出了故障,只能保持通訊,但無(wú)法啟動(dòng)數(shù)據(jù)處理等響應(yīng)了。也就是說(shuō),這枚巡視器最初計(jì)劃的著陸龍宮表面、移動(dòng)和拍照等工作都無(wú)法完成了。(不過(guò)也沒(méi)什么關(guān)系,去年投放的兩枚MINERVA-II1已經(jīng)完美完成了這些工作)。?

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MINERVA-II2基本情況。改編自:東北大。?

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  但隼鳥(niǎo)2號(hào)項(xiàng)目組并沒(méi)有放棄讓最后這枚巡視器和還剩下的幾枚標(biāo)記球發(fā)揮余熱。?

  在已經(jīng)無(wú)法拍照和觀測(cè)的情況下,隼鳥(niǎo)2號(hào)項(xiàng)目組極盡巧思,讓兩枚標(biāo)記球TM-ETM-C和巡視器MINERVA-II2從更高的高度上(約1公里高處)被釋放向龍宮表面,觀察它們?cè)邶垖m微弱引力下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),同時(shí)提升龍宮的重力場(chǎng)模型。(本節(jié)詳見(jiàn):隼鳥(niǎo)2號(hào):標(biāo)記球和巡視器的奇幻環(huán)球旅程)?

  在龍宮微弱的引力之下,三個(gè)小家伙都經(jīng)歷了一場(chǎng)前所未有的奇幻旅程:花了幾天時(shí)間、環(huán)繞小行星龍宮數(shù)圈,才緩緩落在了龍宮表面。?

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時(shí)間均為北京時(shí)間。來(lái)源:JAXA、千葉工大等。?

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  這是人類(lèi)迄今為止向地外天體投放的最小的人造環(huán)球“衛(wèi)星”,也是世界首次成功向環(huán)小天體軌道投放復(fù)數(shù)顆人造衛(wèi)星。?

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  為此,隼鳥(niǎo)2號(hào)項(xiàng)目組用人類(lèi)最早的兩顆人造,衛(wèi)星斯普尼克1號(hào)(Sputnik 1)和探險(xiǎn)者1號(hào)(Explorer 1),為兩顆標(biāo)記球TM-CTM-E命名,分別命名為斯普尼克和探險(xiǎn)者。?

蘇聯(lián)的斯普尼克1號(hào)(左)和美國(guó)的探險(xiǎn)者1號(hào)(右)。來(lái)源:維基?

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  返航:前方地球,再見(jiàn)龍宮!?

  20191113日,隼鳥(niǎo)2號(hào)啟動(dòng)RCS推進(jìn)器,從伴飛位置開(kāi)始遠(yuǎn)離小行星龍宮,正式進(jìn)入“返航模式”。?

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隼鳥(niǎo)2號(hào)啟程離開(kāi)龍宮的日程表。改編自:JAXA?

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  返航最初的5天,隼鳥(niǎo)2號(hào)會(huì)為龍宮拍攝一系列告別照,此后就會(huì)改變朝向,再也看不到龍宮了。?

  最后一張龍宮近照,往后余生,漸行漸遠(yuǎn)。?

201911139:15(北京時(shí)間),剛剛出發(fā)的隼鳥(niǎo)2號(hào)用ONC-T相機(jī)拍攝的龍宮。來(lái)源:JAXA、千葉工大?

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  終于要說(shuō)再見(jiàn)了。?

20191112日,隼鳥(niǎo)2號(hào)正式啟程前的控制室。來(lái)源:JAXA?

  如果一切順利的話(huà),隼鳥(niǎo)2號(hào)將于202012月抵達(dá)地球,裝著珍貴小行星樣本的返回艙將再入地球灼熱的大氣層,降落在澳大利亞的Woomera——這也是10年前的不死鳥(niǎo),隼鳥(niǎo)初號(hào)機(jī)返回艙落下的地方。

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澳大利亞Woomera返回區(qū)位置。來(lái)源:JAXA?

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  等待著擁抱龍宮樣品的無(wú)菌操作室已經(jīng)準(zhǔn)備好了。?

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來(lái)源:JAXA/安部正真?

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  2019這一年,太長(zhǎng)也太短。?

  再見(jiàn)了,龍宮!?

  辛苦了,隼鳥(niǎo)2號(hào)!?

  2020年,我們相約地球再見(jiàn)!?

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  參考文獻(xiàn)?

  [1] 近日參上「はやぶさ2」第7? 小型探査ローバMINERVA-II1、いよいよ小惑星へ著陸/リュウグウを表面で探査する 小型著陸機(jī)MASCOT? 

  [2] JAXA | MINERVA-II1が撮影した畫(huà)像、第2弾!?

  [3] タッチダウン地點(diǎn)? 

  [4] はやぶさ2による小惑星レゴリス試料採(cǎi)取を模擬した衝突実験 

  [5] TPS | Hayabusa2 has touched down on Ryugu!? 

  [6] JAXA | タッチダウン直後の畫(huà)像? 

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

  [8] 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.? 

  [9] 2回タッチダウンの畫(huà)像公開(kāi) 

  [10] 2回タッチダウン畫(huà)像速報(bào)

  [11] 「はやぶさ2」第2回タッチダウン運(yùn)用 管制室前ライブ配信? 

  [12] MINERVA- 2 ローバ2分離運(yùn)用について?

  [13] MINERVA- 2 ローバ2分離運(yùn)用結(jié)果 ?

  [14] 〝さよならリュウグウ?キャンペーンのお知らせ?

 

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