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編者按：太陽(yáng)系的起源是什么？行星是如何遷移到當(dāng)前軌道的？地球上的生命是如何出現(xiàn)的？……為了探索這些問(wèn)題，NASA于10月16日向木星軌道上的特洛伊小行星群發(fā)射了露西號(hào)探測(cè)器，來(lái)我們們揭開(kāi)特洛伊小行星群的面紗。本文來(lái)自編譯，希望對(duì)您有所啟發(fā)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)于10月16日向木星軌道上的小行星群發(fā)射了探測(cè)器。這個(gè)小行星群被稱為特洛伊群，它們代表了太陽(yáng)系中最后未被探索的小行星區(qū)域。這艘名為“露西”(Lucy)的深空機(jī)器人考古學(xué)家航天器將試圖回答一些亟待回答的問(wèn)題，比如太陽(yáng)系的起源、行星如何遷移到當(dāng)前的軌道，以及地球上的生命是如何出現(xiàn)的。

“在研究小行星方面，我們從未走得這么遠(yuǎn)，”NASA局長(zhǎng)比爾·納爾遜(Bill Nelson)說(shuō)?！巴ㄟ^(guò)發(fā)射的露西號(hào)（Lucy）探測(cè)器，我們將能夠更好地了解太陽(yáng)系的形成，更好地了解我們自己。”

經(jīng)過(guò)6年的巡航之后，“露西”將在2033年飛近7顆特洛伊小行星。該航天器將研究特洛伊行星的地質(zhì)、組成、密度和結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)系中已知的絕大多數(shù)的小行星都集中在火星與木星軌道之間的小行星帶，它們被稱為“主帶小行星”。而特洛伊小行星距離我們更遠(yuǎn)。它們是至少數(shù)千顆與木星共用軌道的小行星的總稱。依據(jù)位置不同，特洛伊小行星可拆分為兩小群：一群位于木星前方，另一群則位于木星后方，這些小行星和木星一起，以相同周期、相同速度在軌道上圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。

“第一次去探索某個(gè)地方總是很有趣的，”露西號(hào)任務(wù)的副首席研究員凱西·奧爾金(Cathy Olkin)說(shuō)，“每次我們?nèi)ヌ剿饕粋€(gè)未知空間，我們都會(huì)越來(lái)越多地了解我們的太陽(yáng)系和我們生活的空間?！?/p>

人類已經(jīng)探索了太陽(yáng)系中各種各樣的小天體，但是木星附近的特洛伊小行星還沒(méi)有被研究過(guò)。大約有10,000個(gè)這樣的天體已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)一個(gè)多世紀(jì)前第一次發(fā)現(xiàn)這些行星時(shí)，天文學(xué)家用“特洛伊”來(lái)命名它們。

此次任務(wù)的名稱“露西”是為了向1974年發(fā)現(xiàn)的320萬(wàn)年前的南方古猿骨架致敬，它揭示了人類進(jìn)化的秘密。NASA團(tuán)隊(duì)希望機(jī)器人“露西”能對(duì)太陽(yáng)系的進(jìn)化起到同樣的作用，而“史前”是此次任務(wù)的科學(xué)家們反復(fù)討論的主題。

美國(guó)宇航局露西項(xiàng)目的科學(xué)家湯姆·斯塔特勒將露西描述為“行星考古學(xué)”，并將其與埃及金字塔的研究相比較。

斯塔特勒說(shuō)：“如果你想了解金字塔是如何建造的，你可以去看看它們的外表，你可以在上面攀爬。然而，這樣做很難回答它們到底實(shí)際是如何建造的。”

“如果你能找到并挖掘金字塔旁邊的廢棄建筑工地，而且你找到了用來(lái)建造金字塔的工具，之后你又發(fā)現(xiàn)了建造金字塔剩下的磚塊，也就是那些成形了但沒(méi)有被使用的材料，這樣你就能開(kāi)始深入了解金字塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及它們是如何建造的，”他說(shuō)。

“這就類似我們?cè)谔芈逡列⌒行巧纤龅氖虑椋彼f(shuō)，“我們正在挖掘建筑工地的剩余邊角料?！?/p>

行星科學(xué)家們認(rèn)為，特洛伊小行星是外太陽(yáng)系巨行星形成時(shí)期留下的殘骸，是沒(méi)能從原行星盤中形成行星之后被剩下的“邊角料”。因此，這些小行星可能非常古老，還保留著太陽(yáng)系早期物質(zhì)的成分和信息，和位于內(nèi)太陽(yáng)系的主帶小行星、近地小行星一樣，是我們追溯太陽(yáng)系早期歷史和演化的“時(shí)光膠囊”。

這項(xiàng)任務(wù)是必要的。

當(dāng)行星科學(xué)家哈爾·利維森(Hal Levison)和其他理論家試圖模擬太陽(yáng)系的形成時(shí)，他們反復(fù)遇到了一個(gè)問(wèn)題：在目前的軌道上形成天王星和海王星幾乎是不可能的。為了解釋這些被稱為冰巨星（icegiant，是一種主要由比氫和氦重的氣體組成的巨行星。天王星和海王星均是典型的冰巨星）的世界，露西任務(wù)的首席研究員利維森和其他三名研究人員開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)系演化的Nice模型(以法國(guó)城市命名)。

該模型表明，這些巨大的行星形成時(shí)離太陽(yáng)的距離比它們目前的軌道要近得多，而且年輕的木星和土星的軌道越來(lái)越偏離中心，使太陽(yáng)系變得不穩(wěn)定，并重新排列。在這個(gè)過(guò)程中，隨著巨大的行星移動(dòng)，以及天王星和海王星向外遷移時(shí)，它們分散了太陽(yáng)系的小天體。一些彗星和小行星被拋到太陽(yáng)系外的深處，而另一些則被完全拋到銀河系之外。

一小部分分散的小行星永久被困在木星的兩個(gè)拉格朗日點(diǎn)上，拉格朗日點(diǎn)是行星和太陽(yáng)的引力和軌道影響平衡的空間區(qū)域。這兩個(gè)區(qū)域都在木星的軌道上，這些小行星就是特洛伊群。

如今，Nice模型在一定程度上解釋了46億年前的塵埃和氣體盤如何成為圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的行星系統(tǒng)。此外，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的系外行星促使了科學(xué)重新評(píng)估恒星系統(tǒng)(包括我們自己的恒星系統(tǒng))是如何形成的。一些遙遠(yuǎn)的恒星由巨大的行星環(huán)繞，這些行星離恒星的距離比水星離太陽(yáng)的距離還要近。

利維森開(kāi)始相信，行星科學(xué)界關(guān)于行星形成的想法超越了現(xiàn)有的數(shù)據(jù)。在Nice模型中約束變量的最好方法是解釋特洛伊的起源。

他說(shuō)：“特洛伊人令人驚訝的一點(diǎn)是，他們?cè)跇?gòu)造上彼此非常不同，但只占據(jù)很小的空間。這個(gè)小區(qū)域的多樣性能告訴我們一些關(guān)于太陽(yáng)系早期進(jìn)化的重要信息。”

為了了解特洛伊軌道上的秘密，利維森需要說(shuō)服美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)建造一艘宇宙飛船來(lái)研究它們。這就是露西的來(lái)源。2014年，露西號(hào)通過(guò)了美國(guó)國(guó)家航空航天局的“發(fā)現(xiàn)計(jì)劃”(Discovery Program)。

研究相機(jī)記錄的圖像將是“露西”團(tuán)隊(duì)科學(xué)工作的重要組成部分。通過(guò)計(jì)算每顆小行星上發(fā)現(xiàn)的隕石坑的數(shù)量，就可以揭示一個(gè)行星的表面年齡。(更古老的行星表面會(huì)被更多的撞擊物撞擊，因此會(huì)有更多的隕石坑。)科學(xué)家們還將分析返回的圖像，以了解小行星表面的顏色分布，這可以作為巖石組成的指標(biāo)：熱測(cè)量將有助于識(shí)別小行星的組成和結(jié)構(gòu)。他們還將使用紅外光譜來(lái)測(cè)量礦物質(zhì)、冰和有機(jī)分子的存在。

美國(guó)宇航局對(duì)在小行星上尋找原始有機(jī)物質(zhì)很感興趣，因?yàn)閿?shù)十億年前，它們可能給地球播下了生命所必需的化學(xué)成分。

盡管“特洛伊”號(hào)與木星共享一個(gè)軌道，但“露西”號(hào)不會(huì)訪問(wèn)木星。

在12年的任務(wù)中，露西號(hào)將由兩個(gè)巨大的太陽(yáng)能電池板提供動(dòng)力，這些太陽(yáng)能電池板在發(fā)射后逐漸向外擴(kuò)展，就像折扇一樣?！奥段鳌钡能壍老襁^(guò)山車一樣，它將以每秒6英里的最快速度移動(dòng)。

奧爾金說(shuō)：“它的速度相當(dāng)于每秒跑1萬(wàn)公里?！?/p>

飛船將在一個(gè)復(fù)雜的繞著太陽(yáng)系轉(zhuǎn)的軌道上運(yùn)行，利用地球的引力，在一個(gè)被稱為拉格朗日4號(hào)的點(diǎn)上推進(jìn)木星的軌道。引力會(huì)讓它繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)回到地球，地球又會(huì)把它往外“扔”到拉格朗日5號(hào)的點(diǎn)上，然后再回來(lái)，這個(gè)過(guò)程一直重復(fù)。軌道是由行星的位置和重力推動(dòng)的，這意味著，如果沒(méi)有什么阻止力，航天器將持續(xù)運(yùn)行數(shù)十萬(wàn)年甚至數(shù)百萬(wàn)年。

在最后一次飛行后，根據(jù)露西的“健康狀況”，NASA可以針對(duì)未來(lái)的小行星和其他天體進(jìn)行分析。

“每次當(dāng)我們飛過(guò)一顆特洛伊小行星時(shí)，我們都是正在收集數(shù)據(jù)，”奧爾金說(shuō)。

譯者：Jane

關(guān)鍵詞： 探測(cè)器 露西 NASA