美國(guó)宇航局水手10號(hào)探測(cè)器在20世紀(jì)70年代任務(wù)期間拍攝的金星紫外圖像（左）與水星光學(xué)圖像（右）。（圖片來(lái)源：美國(guó)宇航局）
我們?nèi)绾尾拍艹晒Φ貜?a class="keyword-search" >水星和金星采集樣本并帶回地球？這一問(wèn)題是近期在第56屆月球與行星科學(xué)會(huì)議上提出的一項(xiàng)研究的核心目標(biāo)。來(lái)自加州理工學(xué)院的兩位研究者在會(huì)議中探討了未來(lái)如何通過(guò)任務(wù)實(shí)施從太陽(yáng)系最內(nèi)側(cè)兩顆行星（水星和金星）完成樣本返回計(jì)劃。該研究有望助力科學(xué)家、工程師和任務(wù)規(guī)劃者更深入地探索太陽(yáng)系內(nèi)樣本返回的新方法——尤其是針對(duì)那些極難抵達(dá)的深空目標(biāo)。
在此，《今日宇宙》與加州理工學(xué)院博士生、該研究的主要作者Tony Yap探討了這項(xiàng)研究的背后動(dòng)機(jī)、關(guān)鍵成果、推進(jìn)樣本返回任務(wù)的后續(xù)步驟，以及從水星和金星帶回樣本的重要意義。那么，這項(xiàng)研究的核心驅(qū)動(dòng)力是什么？
Yap向《今日宇宙》表示："這項(xiàng)研究源于加州理工學(xué)院凱克空間研究所（KISS）舉辦的'太陽(yáng)系樣本返回'研討會(huì)。該會(huì)議匯聚了地球/宇宙化學(xué)、軌道動(dòng)力學(xué)、任務(wù)科學(xué)等領(lǐng)域的專(zhuān)家（包括像我這樣處于職業(yè)初期的科學(xué)家），共同探討通過(guò)從太陽(yáng)系各類(lèi)天體樣本返回可實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)先科學(xué)目標(biāo)，以及為實(shí)現(xiàn)這些任務(wù)需要開(kāi)發(fā)哪些關(guān)鍵技術(shù)。"
在這項(xiàng)研究中，研究人員探討了從水星和金星采集樣本的利弊，特別指出了目前尚未發(fā)現(xiàn)源自?xún)?nèi)太陽(yáng)系的隕石——所有已收集的隕石都來(lái)自地球軌道之外，主要來(lái)自主小行星帶、火星和柯伊伯帶。研究者強(qiáng)調(diào)，內(nèi)太陽(yáng)系隕石的缺失導(dǎo)致了我們對(duì)行星構(gòu)建物質(zhì)認(rèn)知存在空白，例如碳質(zhì)與非碳質(zhì)物質(zhì)的組成，以及數(shù)十億年前，內(nèi)太陽(yáng)系在太陽(yáng)系早期形成階段可能存在的物質(zhì)類(lèi)型。
此外，研究人員通過(guò)引用之前和現(xiàn)在的探測(cè)任務(wù)來(lái)論證水星與金星采樣的科學(xué)價(jià)值，如：美國(guó)宇航局水星探測(cè)器——信使號(hào)（MESSENGER）、歐洲航天局正在運(yùn)行的貝皮科倫坡號(hào)（BepiColombo）水星任務(wù)，以及美國(guó)宇航局未來(lái)的金星探測(cè)計(jì)劃——達(dá)芬奇號(hào)（DAVINCI）和真理號(hào)（VERITAS）。
Yap向《今日宇宙》坦言到我們還沒(méi)有從水星和金星帶回來(lái)任何隕石之類(lèi)的樣本。這兩顆行星的構(gòu)成物質(zhì)都源自?xún)?nèi)太陽(yáng)系，我們需要了解這些物質(zhì)的地球化學(xué)特征，才能更好地理解大約46億年前太陽(yáng)系早期的演化歷程，并確認(rèn)它們是否就是解釋地球組成所需的'缺失成分'。隨著核熱推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)水星采樣返回任務(wù)或許可以實(shí)現(xiàn)。不過(guò)該技術(shù)何時(shí)能實(shí)際應(yīng)用尚不明確。而金星采樣返回任務(wù)即使采用核推進(jìn)技術(shù)似乎也難以實(shí)現(xiàn)。由于其質(zhì)量巨大，著陸并返回地球極為困難。設(shè)想一個(gè)漂浮在金星云層中的實(shí)驗(yàn)室這是目前科學(xué)家正在考慮基于氣球的一個(gè)技術(shù)方案。
準(zhǔn)備好一項(xiàng)航天任務(wù)是一件費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事情，從提案到全面投入再到發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間也是從幾年到幾十年不等。為了簡(jiǎn)化這一流程，NASA采用了技術(shù)準(zhǔn)備等級(jí)（TRL）體系，通過(guò)九級(jí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)對(duì)任務(wù)開(kāi)發(fā)各階段進(jìn)行把控，包括對(duì)所有系統(tǒng)和子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)實(shí)環(huán)境演示。每個(gè)等級(jí)通常需要經(jīng)歷無(wú)數(shù)次測(cè)試、評(píng)估、重新設(shè)計(jì)、再測(cè)試、再評(píng)估的循環(huán)，直到航天器最終具備飛行條件。
例如，當(dāng)水手10號(hào)探測(cè)器在1975年第一次執(zhí)行水星任務(wù)時(shí)，這可是比另一探測(cè)器聲稱(chēng)的最靠近太陽(yáng)的行星任務(wù)要早23年呢。因?yàn)殡x太陽(yáng)太近那是非常危險(xiǎn)的，太陽(yáng)的巨大引力會(huì)將靠近它的任何航天器吸進(jìn)去。因此，科學(xué)家們需要多次借助引力助推和行星飛越來(lái)降低航天器速度，使其達(dá)到能夠被水星引力捕獲并進(jìn)入穩(wěn)定軌道的必要條件。
“信使號(hào)”探測(cè)器于1998年提出構(gòu)想，并于2004年發(fā)射升空，但是直到2011年才步入水星軌道。那么，對(duì)于未來(lái)從水星和金星帶回樣本的探測(cè)任務(wù)，下一步是什么？同時(shí)，從水星和金星帶回樣本有何重要意義？
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雅普在接受《今日宇宙》采訪時(shí)表示：“我們正在推動(dòng)核動(dòng)力推進(jìn)和球載技術(shù)的發(fā)展！讓公眾對(duì)水星和金星的‘內(nèi)在’感興趣，而不只是關(guān)注巨行星及其衛(wèi)星的‘外表’。同時(shí)我們也在強(qiáng)化采樣返回的科學(xué)論據(jù)（例如，研究如何將從這些行星表面刮取或鉆取的1克巖石最大程度地利用）?！?/p>
雅普繼續(xù)說(shuō)道：“水星和金星有可能解決宇宙化學(xué)領(lǐng)域一個(gè)重大且長(zhǎng)期存在的問(wèn)題：追溯地球的構(gòu)成。出乎意料的是，我們目前并不知道如何用已知的材料‘構(gòu)建’地球；我們所知道的任何隕石混合物都無(wú)法再現(xiàn)地球的成分?！?/p>
來(lái)自水星和金星的樣本將如何幫助科學(xué)家們?cè)谖磥?lái)幾年乃至幾十年的時(shí)間里更好地理解這些行星和整個(gè)太陽(yáng)系的過(guò)去？這一切還有待時(shí)間揭曉，而這正是我們進(jìn)行科學(xué)探索的原因！
一如既往，繼續(xù)探索科學(xué)，繼續(xù)仰望星空！
水星是離太陽(yáng)最近的一顆行星，是一顆擁有稀薄大氣層的巖質(zhì)行星。盡管它是太陽(yáng)系中最小、質(zhì)量最輕的行星，但其表面重力卻略高于火星。水星的表面與月球相似，不僅布滿了隕擊坑，還擁有逆沖斷層形成的大規(guī)模峭壁系統(tǒng)以及噴出物形成的明亮射線系統(tǒng)。它最大的隕擊坑——卡洛里平原，直徑達(dá)1550公里（960英里），約為水星直徑（4880公里或3030英里）的三分之一。作為運(yùn)行軌跡最靠?jī)?nèi)的行星，它總是作為“晨星”或者“昏星”挨著太陽(yáng)在天空中出現(xiàn)。在太陽(yáng)系中，水星大多數(shù)時(shí)間是離其他所有行星最近的行星，同時(shí)也是需要最高變軌速度的行星。
參考資料：
[1] 天文學(xué)名詞查詢(xún)網(wǎng)：http://www.lamost.org/astrodict/index.php。
BY：universetoday,Laurence Tognetti
FY：Astronomical volunteer team
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