从后继探测器到取样计划

隼鸟2号由日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)组织,目标是从C型小行星龙宫带回物质,研究矿物、水和有机物之间的关系。此前隼鸟号访问的是S型小行星丝川;更换目标类型,使两次取样能够用于比较不同小天体保存的太阳系早期材料。

后继任务研究始于2006年,筹备团队于2007年成立,2011年5月转为项目团队,2012年进入关键设计评审。航天器携带相机、光谱仪、取样装置和撞击器,也搭载德国航空航天中心与法国国家空间研究中心研制的MASCOT着陆器。2014年12月3日,它由H-IIA第26号火箭从种子岛发射;原定11月30日的发射因天气推迟。

参考:[1]

在巨石之间寻找落点

2018年6月27日,隼鸟2号抵达龙宫,在距其中心约20千米的基准位置开始观测。津田雄一等工程人员与科学团队把形状、重力、温度和巨石分布汇成着陆候选图。表面遍布巨石,安全空间比预想狭窄,工程约束成为选址关键。

2018年9月的首次接地演练因暗表面影响激光测距而中止,探测器自动上升。团队增加演练,利用投放的反光目标标志实行自主跟踪,缩小接地点误差。两台MINERVA-II1巡视器和MASCOT先后开展表面探测;2019年2月22日日本时间,主探测器首次接地取样。事后影像分析给出的着陆精度约为1米。

参考:[2]

把撞击变成可观测实验

2019年4月5日,小型携带式撞击器在龙宫制造人工撞击坑,分离式相机DCAM3记录喷射物,探测器随后重新拍摄地形。荒川政彦等人的研究不只比较撞击前后的照片,也用高程模型测量坑形,检验小行星微重力条件下的成坑机制。

撞击坑呈不对称的半圆形,坑缘尺度超过10米;巨石及地下结构影响了坑的扩展方向。喷射帘没有整体脱离地面的观测现象,支持坑的增长主要受重力约束的解释。这场已知时间和位置的实验,为解释龙宫天然撞击坑以及暴露地下材料提供了观测依据。

参考:[3]

两次取样与返回地球

2019年7月,隼鸟2号完成第二次接地,采样地点位于人工坑附近。第一次样本保存在A室,第二次保存在C室,便于比较不同采集地点的物质。研究人员认为C室部分颗粒可能来自撞击掘出的地下层,而非把该室全部样本都认定为未受太空环境影响的材料。

返回舱于2020年12月6日降落澳大利亚南部,封存样本运至相模原的地外样本保管设施。这个日期标志龙宫取样返回阶段的完成:母船分离返回舱后离开地球附近,进入延长任务轨道,并未随返回舱结束飞行。

参考:[4] [6]

先保存现场,再打开容器

回收后的研究从气体和污染控制开始。JAXA在澳大利亚伍默拉临时设施及相模原先后进行质谱分析,比较容器气体;2020年12月15日报告据成分一致性、密封检查和后续放气观测,判断提取气体来自龙宫。

样本容器在真空洁净装置中开启,A室先接受检查并取出少量颗粒,其余操作再转入纯化氮气环境。不同洁净室分别承担开舱、真空取样、环境转换、分拣和称重。报告公布A室已确认存在大量黑色颗粒,同时保留后续分析工序。这样的分阶段处理,使返回舱的回收与样本研究之间形成了可追溯的保管过程。

参考:[5]

从几克样本获得物性资料

矢田达等人报告带回物质总量为5.424±0.217克,颗粒多为毫米及亚毫米尺度。团队先开展非破坏性描述,为后续研究分配样本。测得颗粒的平均体密度约为每立方厘米1.282±0.231克,提示其内部具有较多孔隙;这是颗粒的密度测量,不等于整颗小行星的平均密度。

样本的低反射率和红外吸收特征,支持其富碳且经历水蚀变的解释。与CI型碳质球粒陨石相比,龙宫样本更暗、更多孔,也更易碎。把保存条件受控的实物与近距离遥感互相核对,使小行星研究得以连接表面地形、光谱和实验室中的微小颗粒。

参考:[4]