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卡西尼VIMS捕捉到的土星A、B和C环的红外光谱图。图片来源:NASA木星和土星云层下数千公里处的物质微妙地牵引着绕轨运行的航天器。图片来源:NASA  美国卡西尼土星探测器在近土星环绕旅程的最后一年,为人们拍摄下了土星复杂光环运行的复杂细节。  尽管2017年卡西尼陨落,但科学家仍从其收集的大量数据中不断获得新发现。近日,发表在《科学》上的论文描述了卡西尼4架探测器对土星环进行的有史以来最接近的观测结果。  结果中包括土星环的细节、纹理和图案等,这有助于了解是什么样的相互作用促成了土星环的形成。新公布的图片显示了土星环的颜色、化学构成和温度如何发生变化。  “有关卫星是如何以各种方式‘雕刻’土星环的新细节,为人们了解太阳系形成打开了新窗口。”该论文通讯作者、美国加州山景城地外文明搜寻研究所卡西尼项目科学家MattTiscareno说。  “这些结果来自卡西尼号任务的掠环轨道和最后的观测,揭示了土星环和相关卫星的详细结构。它们有力地表明,土星环比土星本身年轻得多,并为土星环和卫星的起源提供了重要线索。”未参与该研究的日本东京理工大学地球生命科学研究所的ShigeruIda告诉《中国科学报》,“不得不说,卡西尼是一项伟大的长期任务。”  神秘的土星环  主要由水冰小颗粒组成的土星环是太阳系颇为壮观的景色,而与形成于45亿年前的土星相比,土星环的历史相对短暂。科学家预测,它形成于约1亿年至1000万年前。当时的地球正处于恐龙时代。  但一直以来,科学界对土星环的年龄有截然不同的观点。有观点认为,在45亿年前土星诞生后不久,太阳系内的冰残骸就形成了土星环。另有观点认为,土星环形成得很晚,它来自土星引力捕获的一颗彗星或是柯伊伯带小天体,逐渐演变为环绕土星的颗粒带。  “天文学家和行星科学家需要观测证据证明理论模型。由于土星距离我们十分遥远,要获得土星环和卫星的观测证据需要时间。即使在宇宙飞船到达土星后,也需要时间使用许多不同的仪器详细探测。”Ida说,于是,科学家从更简单的观察开始,试图测量越来越困难,但却更重要的结果。  正如Ida所言,随着研究深入,新谜题出现了,旧谜题加深了。本次近距离观测图片显示,土星环有3种纹理质地,分别是块状、光滑状和条纹状,不同纹理之间有清晰边界。但是,这些特征究竟如何形成,仍是不解之谜。  Tiscareno说:“这告诉我们,土星环的外观不仅取决于物质的多少,还涉及这些物质的特性,它们之间的差异可能会影响到彼此碰撞和反弹时的情况。我们还不知道这是什么。”  无论如何,卡西尼传回地球的数据,或许能成为指引人们穿越土星环“迷雾”的领航灯。  穿越“迷雾”  新研究数据是卡西尼于2016年12月至2017年4月在土星“掠环轨道”以及2017年4月至9月其任务“压轴”前飞越土星云顶时搜集的。2017年9月15日,卡西尼燃料用尽坠入土星大气层,为长达13年的土星探测画上了句号。  就像一个由原始行星物质组成的星盘中正在建造一颗行星,嵌在土星环(按发现顺序从A到G排名)中的小卫星与它们周围的物质相互作用,而土星环则延伸到土星以外辽阔的空间。  此次,卡西尼的可见光和红外测绘光谱仪(VIMS)揭开了一直困扰人们的谜团。VIMS能在可见光和近红外光下对土星环进行成像,并在土星环A的最外层发现了异常微弱的水冰带。研究人员表示,这是一个惊喜,因为该地区是众所周知的高反射区,这通常是存在污染较少的冰的迹象。  而且,新的光谱图也揭示了土星环的组成。虽然科学家已经知道水冰是其主要成分,但新研究发现,土星环成分中不含氨冰、甲烷冰,也没有发现有机化合物。“这也令人惊讶,卡西尼曾发现有机物质从D环流入土星的大气层。”Tiscareno说。  科学家还发现,在土星环外缘的F环上,一系列类似冲击产生的条纹具有相同的长度和方向,表明它们可能是由相同时间与土星环发生的一组撞击形成。土星环的形状是由围绕土星运行的物质流打造而成,而非撞入环中的彗星碎片形成。  美国康奈尔大学卡西尼VIMS科学家PhilNicholson说:“如果有机物质大量存在——至少在主要的A、B和C环中——我们就会看到它们。我还不相信它们是土星环的关键组成部分。”  迎接新时代  美国宇航局(NASA)艾姆斯研究中心的JeffCuzzi说,这项研究标志着卡西尼科学下一个时代的开始。Cuzzi自上世纪70年代以来一直在研究土星环,是卡西尼任务中研究土星环的跨学科科学家。  Cuzzi说:“我们获得了更多的信息,离土星环更近了,也解开了新的、更有趣的谜题。我们已经进入下一个阶段,即建立新的、详细的土星环演化模型,包括卡西尼号数据新揭示的土星环比土星年轻得多。”  今年1月,研究人员利用NASA“深空网络”测量了卡西尼的飞行速度,再根据引力对飞行路径的影响算出土星环质量约为土卫一的40%。研究人员表示,根据已建立的土星环质量和年龄关联模型,这一质量数值表明土星环很年轻,支持了土星环由土星捕获的彗星或柯伊伯带小天体演变而来的理论。  “除了对土星环和土卫六的观测,卡西尼还从土卫二上发现了由水和有机分子组成的间歇泉,这意味着土卫二内部可能有海洋,也就是说那里或许孕育了生命。这一发现开启了天体生物学的新台阶,我认为下一代的探索应该集中在土卫二上。”Ida说。  Ida表示,土星环是何时以及如何形成的,一直困扰着人们,即便现在没有一个明确的答案,卡西尼的数据已经为这个谜题提供了重要线索,但仍有很多诱人的问题等待着人们去解答。  卡西尼—惠更斯任务是NASA、欧洲航天局和意大利航天局的合作项目,于1997年10月15日发射升空,沿途造访过金星、地球、月球、小行星和木星,并于2004年抵达环土星轨道。近20年间,“卡西尼”探测任务大幅刷新了人类对土星的认识,包括它的复杂光环、类型多样的卫星体以及磁场环境等。它曾获得一系列重大发现,如土卫二存在全球性海洋,土卫六上存在液态甲烷海洋、在土卫二喷出的羽流中探测到氢等。

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SRG望远镜(艺术想象图)图片来源:行星学会  据英国《自然》新闻网络版近日消息称,德国和俄罗斯联合开展的“光谱—伦琴—伽马”(SRG)任务,将对几百万个超大质量黑洞和几十万颗恒星进行探测。  该项目搭载两台独立的X射线望远镜:一台是由德国建造的eROSITA,另一台是由俄罗斯建造的ART-XC。二者集结的能力可以让天体物理学家观测到宇宙中那些不发光的昏暗天体,同时,也将首次利用X射线为人们提供一种新的方式来了解宇宙亿万年来的加速膨胀,为人们绘制一幅前所未见的“太空地图”。  SRG任务首席科学家、马克斯-普朗克地外物理研究所天文学家彼德·普利德哈尔表示,在半年的时间内,这个项目就能覆盖整个天际。  据悉,该任务将探测星系间等离子体以及等离子体细丝发出的X射线,由此绘制覆盖约10万个星系团的宇宙网络地图,同时还将探测多达300万个超大质量黑洞和银河系中70万颗恒星发出的X射线。  美国哈佛-史密森天体物理中心天文学家费比阿诺表示,该任务将是一次伟大的观测,其返回的数据会对整个领域产生深远而独特的影响。  俄罗斯科学院空间科学研究所天体物理学家帕弗林斯基则表示,这是一次让俄罗斯重回世界一流研究水平的机会。

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鳄鱼灭绝亲属的牙齿更多样,饮食结构也更复杂。图片来源:《当代生物学》  事实上,古老鳄鱼是素食主义者。  6月27日,发表在《当代生物学》的一篇文章称,通过对牙齿遗骸的仔细研究,研究人员发现,古代鳄鱼——包括鳄鱼和短吻鳄的现存和灭绝亲属——并不是食肉动物。有证据表明,现代鳄鱼的远亲至少曾3次食素。  美国犹他大学的KeeganMelstrom说:“我们发现的最有趣的事情是,灭绝的鳄鱼似乎经常吃植物。我们推断,复杂的牙齿是食草动物的特征,在鳄鱼已经灭绝的近亲中至少出现过3次。”  所有现存的鳄鱼都具有类似的一般形态和生态,以适应它们作为半水生食肉动物的生活方式,包括相对简单的锥形牙齿。但灭绝物种表现出了一种不同的模式,包括许多今天没有的专门化物种。其中一种分化是被称为异齿的特征,即牙齿大小或形状的区域化差异。  “食肉动物有简单的牙齿,而食草动物的牙齿复杂得多。”Melstrom说,“杂食动物(既吃植物也吃动物)介于两者之间。研究已显示,饮食和牙齿之间的基本模式在哺乳动物和爬行动物中都存在,尽管它们的牙齿形状非常不同,而且适用于已经灭绝的爬行动物。”  为了推断这些已经灭绝的鳄鱼最可能吃什么,Melstrom和同事RandallIrmis用一种最初用于现存哺乳动物的方法,比较了已经灭绝的鳄鱼和现存动物的牙齿的复杂性。总的来说,他们测量了16种不同种类的灭绝鳄鱼的146颗牙齿。  结合定量的牙齿测量和其他形态学特征,研究人员重建了这些灭绝鳄鱼的饮食结构。结果表明,这些动物的牙齿复杂程度和假定的饮食生态比以前认识到的范围更广。以植物为食的鳄鱼出现在该谱系进化史的早期,就在三叠纪末大灭绝之后不久,并一直持续到白垩纪末的大灭绝。分析表明,中生代鳄鱼的食草性至少独立出现过3次,也可能是6次。  研究人员正在重建已经灭绝的鳄鱼的饮食结构,包括缺失牙齿的化石物种。他们还想了解为什么鳄鱼的灭绝亲戚在一次大灭绝之后会出现多样化,而在另一次大灭绝之后却没有,以及饮食生态是否可能发挥了作用。

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在飞掠冥王星后,“新视野”号开启了柯伊伯带之旅。  “新视野”号又有新发现!美国和法国科学家携手,借助“新视野”号提供的数据,在冥王星表面发现了氨存在的证据。研究人员在最新一期《科学进展》杂志上指出,这或许暗示着冥王星表面之下存在液态水。  当然,冥王星并非太阳系中唯一一个可能存在地下水的星球。木星的卫星木卫二、木卫四和木卫三以及土星的卫星土卫二和土卫四等,都显示出其内部存在类似液态水的“蛛丝马迹”。  中国科学院上海天文台研究员孔大力对科技日报记者表示:“水是人类生命的源泉,这种潜在的丰富液态水对于我们在宇宙中寻找外星生命具有重要意义。”  冥王星表面发现氨  “新视野”号探测器是由美国国家航空航天局(NASA)于2006年发射的行星际太空探测器,其首要任务是飞掠冥王星以了解更多有关这颗遥远矮行星的信息;其第二个任务是研究柯伊伯带天体。发射后,“新视野”号飞掠木星,然后进入休眠模式,于2015年到达冥王星。随后,该探测器一直停留在冥王星附近,直到2016年底开启前往柯伊伯带的漫长征程。  在最新研究中,科学家们对“新视野”号飞掠冥王星时发回的数据进行深入研究,发现了氨。研究人员主要研究了冥王星表面之下名为“维吉尔沟槽”(VirgilFossa)的区域——其呈现红褐色,这暗示其表面可能存在氨。“新视野”号提供的冥王星表面的近红外光谱表明,该区域表面的确有一些水冰和一些氨。  这次研究的参与者、NASA艾姆斯研究中心的行星科学家克里斯蒂娜·达勒·奥尔博士说:“氨是由氮和氢组成的化合物,是许多生物过程的基础,能降低水的冰点。”  孔大力进一步解释称:“氨和其他溶质的存在可以降低水的冰点,使水以液态存在的可能性增加。因此,发现氨增加了外星世界拥有液态湖泊或海洋的可能性。”  研究人员指出,冥王星表面存在氨表明,由于低温火山作用,这颗矮行星的表面之下可能存在液态水。在低温火山作用中,与氨混合的水要么被喷出,要么从裂缝流到周围区域。冰和氨的间距表明,水也可能被推到该地区的几个通风口。  研究人员强调说,尽管冥王星的表面温度为零下230摄氏度,但由于其内核放射性衰变产生的内部热量,冥王星有可能含有地下水。  据俄罗斯卫星网6月9日报道,除氨之外,研究人员还推测,冥王星上有海洋、脱氧核糖核酸、核糖核酸和氨基酸等有利于生命形成和进化的条件存在。  有多个含液态水的星球  日月盈昃,辰宿列张。当然,冥王星并非太阳系中唯一一颗科学家认为可能存在地下水的星球。木星的卫星木卫二、木卫四和木卫三以及土星的卫星土卫二和土卫四,都显示出其内部含有液态水的迹象。而且,和有些星球相比,地球上的水资源显得有些“小巫见大巫”。  单凭目前观测的结果来看,太阳系内含水量最多的星球应该是木卫二。其他的几个星球虽然根据估算含水量也远超地球,但由于缺乏直接的观测证据,所以只能排在木卫二之后。  科学家们对“旅行者”号探测器提供的探测数据进行研究后发现,木卫二所拥有的水资源比地球还多,堪称一颗不折不扣的“水球”。  木卫二“欧罗巴”是木星的第四大卫星,该星球表面覆盖着一层厚厚的冰层,科学家们估计冰层有50公里深,冰层下面可能有一个太阳系内最大的液态水海洋,估计深度为80—170公里,含水量约为地球的两三倍,是太阳系目前所发现的含水量最多的天体。  不过,木卫二的含水量与其邻居、太阳系内最大的卫星木卫三“盖尼米得”相比,又显得相形见绌了。通过研究木卫三上极光的微小偏移,科学家推断木卫三拥有巨大的地下海洋。据估计,木卫三厚约15万米的冰盖下,藏有一片咸水海洋,深度约10万米,为地球海洋的10倍,液态水的含量可能超过了地球的30倍。  此外,天王星的质量约为地球的14.5倍,科学家推测,天王星上可能有一个深度达一万公里、温度高达6650摄氏度,由水、硅、镁、含氮分子、碳氢化合物及离子化物质组成的液态海洋,估计含水总量约为地球质量的9.3—13.5倍。  太阳系的水从何而来  那么,这些星球上的水从何而来?  许多人通常都会有一种先入为主的观点,认为水在太空中是比较稀缺的资源,然而,事实并非如此。  孔大力解释说:“水是宇宙中普遍存在的分子成分。由于氢和氧两种元素在宇宙中的丰度都非常高,因此,星际空间中本身就富含水分子。此外,整个太阳系形成于巨大的星际分子云,因此,太阳系中从一开始就拥有大量水。在较靠近太阳的行星和卫星上,由于温度较高,往往难以在其表面留住水。但在太阳系距离太阳较远的地方,比如木卫二上,温度足够低,所以水可以大量地以固态或液态存在。”  据悉,仅就目前我们所知道的,太阳系内保有的总水量,大约是地球上水量的10万倍至20万倍,而地球的含水量大约为13.8亿立方千米。  在太阳系的其他星球上发现水对我们来说有何意义呢?  孔大力表示:“其他星球上的水,代表了这些星球可能存在生命,也为未来星际探索和旅行原位开发和利用太空水资源提供了可能。”  宇宙浩瀚广阔,有无数的星系和星球,因此科学家一直坚信,我们地球上的生物并非宇宙中的孤独存在,在太阳系乃至整个宇宙之中,肯定会存在很多其他生命体,只不过我们人类的技术还不够先进,没有发现它们而已。当有一天,我们可以深入木卫三、木卫二、木卫四以及火星和土卫六的表层之下时,或许,会发现生命的痕迹可能遍布整个太阳系乃至宇宙。  路漫漫其修远兮,科学家们仍需要不断上下求索。

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NGC1052-DF2星系距离地球实际不到4200万光年图片来源:物理学家组织网  去年3月,一个国际天体物理学家团队报告说,他们发现,一个距地球6400万光年的星系(NGC1052-DF2)包含的暗物质数量很少,甚至可以说这个星系根本没有任何暗物质。但据物理学家组织网3日报道,加拿大科学家的最新研究显示,这一星系实际上距离地球不超过4200万光年,包含很多暗物质。  《自然》杂志去年3月刊文称,科学家发现了一个显然缺乏暗物质的星系。当时,这一消息在物理学界引发一阵热议,也引起一些迷思。  在目前的星系形成理论框架内,暗物质是导致气体坍缩形成恒星的基础,在大多数星系当中,暗物质都是最主要的组成成分,因此,没有暗物质的星系就如同“无源之水”。哥伦比亚大学天体物理学家耶利米·奥斯特克指出:“我们找到一个没有暗物质的星系,这就像找到一个没有骨架的身体。一个没有暗物质的星系到底是如何形成的?”  现在,加拿大天文学研究所(IAC)的研究人员通过对该星系进行完整而综合的观察,解决了这个谜团。研究结果发表于《皇家天文学会月报》。  在最新研究中,他们使用5种独立的方法来估算该星系与地球之间的距离,结果表明,其距离地球比先前的计算更近。据先前的研究计算,该星系距地球约6400万光年;而新研究表明,其与地球的实际距离远少于4200万光年。  基于这一新数据,研究人员计算得出,该星系的总质量约为之前估计的一半,但其恒星的质量仅为先前估计的四分之一,这意味着总质量的很大一部分必须由暗物质组成。  研究人员称,这项新研究表明,正确测量银河系外天体与地球之间的距离至关重要。而如何测量相距很远的物体之间的距离,也一直是天体物理学领域最具挑战性的任务之一。

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美国国家航空航天局找到“新视野”号下一个目标。图片来源:《科学》  “小行星数量庞大,种类繁多。”李爽在接受《中国科学报》采访时说,针对小行星组成物质、物理特征等的科学探测,对于研究太阳系演化、生命起源等科学问题具有重要意义。同时,地球附近存在大量潜在危险小行星,相关探测任务可以验证小行星防御技术,提升小行星防御能力。  美国“新视野”号探测器在今年元旦成功近距离飞越了太阳系边缘小天体“天涯海角”。探测器在此过程中收集的数据正缓慢传回地球。近日,《科学》杂志发表了研究团队利用已返回的10%数据获得的首批研究成果。  “天涯海角”编号为2014MU69,位于太阳系边缘柯伊伯带(KBOs),是人类造访的最远的一个天体。“此次KBOs之旅是迄今为止对这些原始冰冷天体的最佳观测时机。”美国亚利桑那州洛威尔天文台项目联合调查员WillGrundy说。  “从来没有一个探测器像‘新视野’号一样,这么近距离地去看一个KBOs的天体,去看如此遥远、如此原始的星子。”中科院紫金山天文台研究员季江徽在接受《中国科学报》采访时说,“它就像一个‘时间胶囊’,可以告诉我们太阳系在46亿年前形成之初的信息。”  “因为要考验的技术很多,所以小行星探测是一种高风险、高难度,但成果也非常多的空间任务。”季江徽说。对此,南京航空航天大学航天新技术实验室教授李爽也表示,小行星探测任务周期长、挑战性强,可以推动深空探测技术的发展。  最遥远的“邂逅”  “天涯海角”距离太阳约67亿千米,比冥王星还远16亿千米。作为史上最快速的探测器,“新视野”号速度可达16.26千米/秒,但自2006年1月发射升空后,花了13年时间才到达“天涯海角”。  这颗天体外形像一个“小雪人”,由相接的双星构成。“天涯”较大且扁平,“海角”较小呈圆形,它们被一个“颈部”连接着,总长约36千米。研究人员推测,它们曾是两个互相环绕的天体,在一次轻微碰撞中结合在一起。  据了解,这是迄今发现的第一个保存完好的星子——行星吸积阶段的先驱小天体。“太阳星云充满了气体和尘埃,是形成行星的最基本的环境。小的尘埃会慢慢黏在一起,从厘米级、分米级慢慢长成米级、千米级大小的星子。”季江徽解释。  他补充道,在引力作用下,星子继续生长会形成体积介于星子和行星之间的“行星胚胎”,达到上千千米的量级,如谷神星和灶神星。在此基础上进一步形成火星、地球等类地行星,再进一步吸积原行星盘里的气体就会形成类似木星的气态巨行星,或是天王星、海王星一类的冰巨行星。  这颗星子同时属于KBOs的一批“冷经典”天体,它们被认为是来自太阳系早期原始物质的剩余物,其轨迹似乎因为太阳系外围巨行星的存在而相对平静。研究发现,“天涯海角”没有卫星、光环、瞬态大气,也没有气体排放或尘埃,没有任何迹象表明相对较近的扰动。  “它已经存在了近40亿年,一直处于零下240℃的极寒冷冻状态。”美国科罗拉多州博尔德市西南研究所的“新视野”号首席研究员AlanStern说,“所以是太阳系诞生后被完好保存的一个遗物,以前从未有人触及这里。”  数据分析发现,“天涯海角”表面最大的洼地宽8千米,研究团队将其取名为“马里兰陨石坑”。其星体呈淡红色,比冥王星更红,是太阳系颜色最红的天体。研究者认为,这可能是由辐射分解简单分子产生的有机大分子,也可能是由太空风化的硅酸盐造成的,尽管没有直接证据表明MU69上有硅酸盐。  “小不点”大热度  1991年,美国发射的“伽利略”木星探测器对951号Gaspra小行星进行了飞越探测,这是人类第一次近距离观测小行星。由此计算,国际上小天体(主要包括小行星和彗星)探测已有近30年历程。此后,美、欧、日和中国先后完成了各自独特的标志性任务,实现了飞越、绕飞、采样返回等多种方式探测,包括日本“隼鸟”号、美国“黎明”号、欧洲“罗塞塔”号。  中国嫦娥二号探测器近距离飞越小行星图塔蒂斯,实现首次小行星飞越观测,并获取最高分辨率3米的光学彩色图像。“这使中国成为继美、欧、日之后第4个实施小行星探测的国家。”季江徽说。  “小行星数量庞大,种类繁多。”李爽在接受《中国科学报》采访时曾说,针对小行星组成物质、物理特征等的科学探测,对于研究太阳系演化、生命起源等科学问题具有重要意义。同时,地球附近存在大量潜在危险小行星,相关探测任务可以验证小行星防御技术,提升小行星防御能力。  “小行星的危害,从过去到最近乃至于将来都始终存在。”季江徽举例说,早一些的例子有白垩纪生物大灭绝,近一些的有1908年俄罗斯通古斯大爆炸。特别是2013年2月的车里雅宾斯克事件,直径数十米的小行星在空中裂解形成“陨石雨”,导致1200多人受伤、数千幢房屋被毁。  国内外都不乏相关探测。贝努小行星就是其中之一。美国国家航空航天局认为,贝努在2175年至2199年之间撞击地球的可能性为1/2700。美国“冥王”号探测器计划在2020年获取这个直径约500米小行星的样品。贝努成为研究目标的另一个重要原因在于其可能存在氨基酸等有机分子,有助探索地球生命起源以及太阳系的形成与演化。  地面监测对于探测危险的小行星亦不可或缺。在国内,自2006年以来,中科院紫金山天文台位于江苏盱眙的专门用于监测发现近地天体的望远镜已发现了20多个威胁性的近地小行星。这个直径1.2米口径的望远镜还代表中国加入联合国的国际近地天体观测网(IAWN),为监测外太空危险的主干设备之一。“我们正在推进一个口径为2.5米的大视场光学巡天望远镜,目标也是监测一些小行星,建成后可能会落放在西部。”季江徽透露。  此外,探测小行星还有助于资源开发。他表示,太空任务非常昂贵,将来人类或许能在小行星上面直接开发提纯水,相比于资源、稀有金属,这更加重要。谷歌、腾讯等公司的前瞻性研究已经开始了。  季江徽还畅想了未来在太空旅行中造访小行星。“从冥王星发现到现在100多年,我们都已经成功地飞越它了,而且飞越了一个KBOs天体——‘天涯海角’。再过50年,人类去小行星旅行或者去火星居住或许不再是一个空想。今天的这些努力,都会为明天做铺垫。”他说。  造访并不简单  正因如此,美国国家航空航天局在其下一轮低成本行星科学任务序列“发现”任务中,计划访问两个神秘小行星:2021年发射“露西”号,飞越探测木星的6颗特洛伊小行星;2023年发射“灵神”号,环绕同名的铁镍小行星灵神星运行。  无论是出于何种原因,造访这些小行星并不简单。“如何从众多小行星中选择合适的目标是小行星探测首先需要考虑的问题。”李爽说,而且小行星的轨道差异较大,存在高倾角、大偏心率等情况,极大地增加了探测任务的能耗。如何利用引力助推、电推进等技术实现低成本快速转移是目前小行星探测的难点之一。  小行星由于体积较小、质量轻、形状不规则,形成了弱引力场,而且对于多星系统,引力场的复杂度将进一步提升。“针对小行星特殊动力学环境下的任务轨道设计和附着采样技术,也是目前小行星探测技术的困难点和研究热点。”李爽说。  “‘罗塞塔’号探测器就是把菲莱着陆器释放到彗星上,这涉及到小天体的附着技术。因为小行星非常小,引力非常微弱,实现附着非常困难。”季江徽说。  在漫长的太空探索之旅中,燃料的约束也是技术挑战之一。以新视野号为例,由于冥王星和柯伊伯带远离太阳,太阳能电池无法满足其能量供应。研究人员为其配备了一台核能发电机,内装10.9千克二氧化钚,其中的钚-238衰变时会释放出热量,通过温差发电提供稳定的电力。  此外,季江徽指出,还有通信、自主导航、地面导引等问题都亟待解决。比如探测器进行了科学勘察,怎么把科学数据高效传回来?如何在深空进行自主导航?怎样通过地面观测进行轨道调整、寻找探测目标?这些挑战都在考验一项任务能否圆满完成。  呼唤中国“路线图”  继嫦娥二号飞越图塔蒂斯之后,随着深空探测综合实力的增强,中国的小行星探测计划已经浮出水面。  日前,中国国家航天局发布公告称,小行星探测任务将采用长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心发射。探测器携带科学载荷,对近地小行星2016HO3开展绕飞探测,随后择机附着小行星表面并采集小行星样品,之后返回地球附近释放返回舱,将小行星样品送回地球,这一过程大约在3年内完成。  根据计划,探测器或将于2024年发射。“2016HO3是美国夏威夷天文望远镜2016年发现的。它绕太阳公转的周期几乎和地球一样,为366天。”季江徽介绍,这颗小行星看上去总是和地球不离不弃,距离地球大约38~100倍地月距离围着地球转。  在上述探测任务完成后,探测器经地球、火星借力,经历约7年时间飞行到达小行星带,对主带彗星133P开展绕飞探测。探测器配置相关科学载荷,以飞越、伴飞、附着、采样返回等方式,对目标小行星进行遥感探测、就位探测和采样返回。  “这是由中国政府发起,面向国际公开征集科学载荷和搭载项目方案的任务。”季江徽说,实际上,这种合作模式在国际上非常普遍,中国在航天方面也要以开放包容的态度与各国合作,这样既可以吸取其他国家的优秀技术,也能为人类航空事业尽一份力。  面对未来,季江徽有两个愿景。一方面,他希望我国能够酝酿和计划一个完整的小天体探测路线图,以科学目标为牵引结合工程技术创新,系统布局未来国家小天体探测任务。“日、美小行星探测都有非常清晰的路线图。美国是由近及远,从近地到主带再到柯伊伯带的小行星;日本是从S型、C型再到D型,探测的小行星越来越原始。”他说,“我们要追赶别人,需要起点更高,比别人做得更好。”  另一方面,他期待我国可以在科学、技术和工程方面组织一个高效的小天体探测科学团队,由科技“国家队”中科院牵引,并与国内高校等其他单位协同创新,及时地把探测数据变成科学成果,同时大幅带动相关技术的发展。  (原载于《中国科学报》2019-06-04第8版探索发现)

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