小行星由什么组成？地球海洋如何产生？奥西里斯会告诉我们答案

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近地天体奥秘，我们为什么要研究近地天体？

奥西里斯雷克斯是NASA小行星探测计划的其中一个任务。其目标是对近地小行星本努进行深入调查，奥西里斯雷克斯小行星探测器会在2018年10月到达本努轨道。经过几个月的接近操作以后，奥西里斯会飞到小行星表面收集至少60克的原始尘埃样品，之后返回地球。

本努是近地天体，平均直径为492米，它每436.604天（地球1.2年）完成一次太阳的轨道，小行星的轨道不好掌握，但是天体学家确定本努轨道每六年接近地球一次。科学家为什么要探索小行星本努呢？

奥西里斯雷克斯小行星探测器与本努表层渲染图

本努是45亿年前的太阳系化石，这是一种原始的碳质小行星，它含有来自太阳星云的原始物质，我们的太阳系就是由此类物质形成的，包括所有的天体。这是NASA第一次进行小行星探测器任务，本次任务不仅要了解太阳系的起源，还要了解地球上水和有机物质的来源。

其实奥西里斯任务可以告诉我们很多至关重要问题的答案，比如我们从哪里来？地球未来的命运是什么？本努一类的碳小行星极有可能可能含有地球海洋的分子，也就是说35亿年前，地球上的生命可能是本努这样的小行星或者彗星带来的。

奥西里斯在轨运行渲染图

按照计划，该航天器会在2018年到达本努小行星，并于2023年将样品送回地球。NASA/GSFC哥达德空间飞行中心将为奥西里斯提供全面的任务管理、系统工程和任务保证，洛克希德·马丁公司和NASA将联合建造这艘奥西里斯雷克斯探测器。

其实小行星就好像一个大号的，含有一点点水分子的碳结构，这上面有很多太阳系的原始物质，这些物质数十亿年始终如一，可以说是太阳系的化石。科学家推测早期太阳系有很多这样的物质，组成了太阳系的原始星盘，太阳系现在所有的天体都在这里诞生。奥西里斯由五种科学载荷，无线电通信系统以及TAGSAM 触控采样采集系统组成 。而它们，正是探测小行星的关键：

创造与创新，奥西里斯雷克斯小行星探测器的科学载荷

OCAMS，奥西里斯相机科学系统

OCAMS系统由三台摄像机组成，PolyCAM提供本努远距离高分辨率的表面成像。MapCAM支持光学导航，也就是说Map需要在接近本努的时候发挥作用，Map还需要对本努测绘的样品区域进行选择性观察。SamCAM会辅助Map进行现场特征和样本的选择性观察。

当飞船第一次接近时，这些摄像机会看到小行星本努。然后，OCAMS将对本努进行图像映射和样本站点成像特征化。最后，OCAMS将记录本努的每一个角落，并且告诉地球上的任务团队成员，是否要在这里采样本。

PolyCam相机（中），MapCam相机（左）和SamCam（右），它们负责奥西里斯的大部分可见光图像

OLA，奥西里斯激光高度计

OLA是奥西里斯的光探测和测距仪器，它可以提供高分辨率的地形信息。OLA的高能激光发射机可以支持1-7.5公里的无线电科学探测范围，并为图像和光谱斑点提供缩放信息。OLA的低能发射机用于500米至1公里的快速测距和成像。

OLA将提供高密度的3D点云数据，这个数据能够重建小行星形状模型，并提供本努的坡度信息，这些数据可以帮助奥西里斯降低在取样时遇到的风险。此外，为了支持无线电科学，OLA可以确定本努的重力场，这非常重要，因为这是精确测量航天器与小行星之间距离的最主要方式。

本努的这张三维照片是由奥西里斯激光高度计OLA提供的，OLA首先会向Bennu发射激光脉冲，并且测量光从小行星表面返回仪器所需的时间，这样就可以获得这些测量结果了。然后将时间测量转化为高度数据，利用这些数据，OLA团队创建了本努的三维模型

OVIRS，奥西里斯可见和红外光谱仪

OVIRS是一种线性可变点光谱仪，光谱范围为0.4~4.3m，OVIRS负责提供本努的光谱数据，数据主要有20m分辨率全球光谱图和0.08-2m分辨率样品点局部光谱信息两种。

本努的反照率为3%，如果我们直接看的话黑乎乎一片，为了使OVIRS在非常暗的小行星进行所需的高信噪比观测，每个波长柱将至少有平均30个像素。这个数字可以用于灵敏度建模，是基于光谱和散射段边界的最低情况估计。同时，为了防止宇宙射线事件在减少数据量的同时污染光谱，在传输到地面之前，像素在子集中被平均化。

奥西里斯可见和红外光谱仪OVIRS将测量来自小行星本努的可见光和近红外光，该仪器的观测结果还可用于识别水和有机材料

OTES，奥西里斯傅里叶变换点谱仪

OTES可以收集光谱范围为4-50m的高光谱热红外数据，光谱分辨率为10厘米。OTES可以测量本努的能量，波长约为5-50m。在这些波长上，几乎所有的矿物都有独特的光谱特征，就像我们的指纹一样， 这将有助于科学小组了解本努表面存在的矿物，寻找特别感兴趣的矿物，比如那些含有水的矿物。此外，这些波长发射的热能可以告诉任务团队本努表面的物理特性，比如平均粒子尺寸等。

奥西里斯OTES仪器，本努小行星的“指纹收集”科学载荷

REXIS，X射线成像光谱仪

REXIS由两个组件组成，分别是光谱仪和SXM太阳X射线监测器。光谱仪观察小行星而SXM观测太阳 ，为什么要同时观测太阳呢？是因为太阳的X射线会影响到本努本体的X射线输出，所以奥西里斯需要跟踪太阳正在做什么，包括太阳耀斑，以便正确校准本努的数据。

光谱仪使用四种CCD电荷耦合器件从本努收集X射线，但在CCD探测到光子之前，它们通过一个编码的光圈掩膜开孔图案来确定数据。通过分析掩膜模式的阴影如何在CCD上移动，任务团队就可以确定小行星上具有高X射线活动的区域。

奥西里斯REXIS将测定小行星本努表面的元素丰度，补充航天器上其他两种仪器提供的矿物和化学测绘的能力

TAGSAM，接触式样品采集系统

TAGSAM是本努一个关键的组件，它的任务是接触本努的表面，然后获取样品。TAGSAM的设计允许收集样本的数量超过150克，TAGSAM可以利用高压气体氮气流将其流化，然后将其输送到一个NSRC样品容器中。

TAGSAM由一个平面的铰接臂组成，有很多电机绕组，扭矩和对准裕度数据都经过多次测试，就是为了确保TAGSAM头部成功地采集样品并将其存放到NSRC内部。

奥西里斯采样渲染图

洛克希德马丁公司设计并开发了TAGSAM，它将收集60克至150克原始小行星的样本以返回地球。取样是通过将加压的氮气释放到小行星表面并收集活跃物质来实现的。

全方位多角度深层次探索，近地天体不再是秘密

这张图片为我们展示的是小行星本努表面一个被称为Sandpiper的潜在样本地点，这里还被上面说到的OLA激光系统测量过。OLA的高能激光发射器从5公里外（右上角）捕捉到它的测量数据。OLA的低能激光发射器（右下角）在700米远的地方捕捉到了这一区域的陨石坑细节，二者结合再加上可见光观测才是本努这一区域的最终样貌。

图片是NASA的奥西里斯任务在小行星本努上选择的四个候选样本采集点。南丁格尔（左上角）位于本努的北半球。翠鸟（右上角）和鱼鹰（左下）位于本努的赤道地区。沙鹬（右下）位于本努的南半球。

奥西里斯拍摄到了本努表面喷射粒子的照片，这张照片是奥西里斯上拍摄的两张照片合成的。还应用了其他图像处理技术，如裁剪和调整图像的亮度和对比度。本努在阳光下自转时不均匀的加热和冷却正导致自身的自转速度增加。因此，本努的太阳轨道周期每100年减少约1秒。另外，太空船的两个仪器，mapcam彩色成像仪和奥西里斯热发射光谱仪OTES已经在本努表面探测到了磁铁矿，这支持了先前的发现，即本努上的岩石和液态水在以前曾经相互作用。

从奥西里斯的两个光谱仪（OVIRS和OTES）获得的数据为我们展示了不一样的本努，含有氧和氢原子结合在一起的分子被称为“羟基”。研究小组分析数据后发现这些羟基存在于含水粘土矿物中的小行星上，这意味着在某一时刻，本努的岩石物质与水有相互作用。虽然本努本身太小，不可能承载液态水，但这一发现确实表明，在本努的母天体，一颗更大的小行星上，有一段时间存在着液态水。

追根溯源，这是为了人类自己

相较于铁元素小行星，也许碳类小行星没有那么多的经济效益，但是碳类小行星有很高的研究价值，通过研究碳类小行星，科学家和研究人员可以知道太阳系早期的情况和地球生命的由来。

小行星本努多角度GIF图

换句话说，含碳类小行星是“生命的使者”，它们撞击地球带来了原始海洋和生命，生命的不断发展才有了现在高度复杂的机体和动物。虽然有时小行星是“生命的使者”，但是有时它也是生命的毁灭者，恐龙灭绝就是因为6500万年前的一颗小行星撞击了地球。

所以研究小行星及其轨道，还有表面光照度等等可以让科学家们更了解小行星的轨道机制，让人类不要重蹈覆辙，这关乎着我们未来的命运。500米直径的小行星撞击地球会有很大的影响了，不过本努不会对地球产生威胁，但是这就是类比观测，我们需要防患于未然。

未来我们对小行星的探测也许不仅停留在发现和研究，而是利用小行星上面的资源，把小行星的资源带回来，但是千里之行，始于足下，我们需要先了解小行星。


原文地址：今日头条