小行星“貝努”上發現生命成分

小行星“貝努”上發現生命成分近地小行星貝努比帝國大廈更高更寬。在所有已知的小行星中,它是未來150年內最有可能撞擊地球的。自2018年底以來,OSIRIS-REx探測器通過詳細的軌道調查揭開了這顆小行星的神秘面紗。
攝影:NASA/GODDARD/UNIVERSITY OF ARIZONA

撰文:MICHAEL GRESHKO

  從遠處看,小行星“貝努”就像是一個寬約305米的旋轉陀螺,漂浮在太空中。如今,科學家們有機會對小行星進行近距離觀察,美國宇航局的OSIRIS-Rex探測器準備在10月20日在小行星表面取樣。新的觀測表明,貝努的地形和起源比以往科學家們想象的要更豐富、更復雜。
 
  近日發表在《科學》與《科學進展》雜志上的六項研究中,OSIRIS-REx團隊展示了自該探測器2018年抵達貝努以來收集到的新的高分辨率地圖數據。總的來說,這些研究提供了關于宇宙飛船曾經環繞過的最小天體的最新細節,填補了科學家對小行星理解的一處重要空白。
 
  天文學家可以用望遠鏡觀察繪制小行星的地圖,但只能繪制出城市或州那么大的區域。研究隕石有利于科學家近距離觀察,能夠填補小的細節疏漏,但它的作用也很有限。約翰斯·霍普金斯大學應用物理實驗室的行星科學家Andy Rivkin表示:“探測器的取樣測量有助于將二者聯系起來,并幫助我們看到通過其他方式無法觀察到的細節。”他沒有參與貝努的研究。

小行星“貝努”上發現生命成分
利用紅外光譜技術繪制的貝努地圖上,富含碳元素的區域格外突出,比如有機分子和碳酸鹽礦物(紅色)。一些巨石上的紋理表明,在太陽系早期,貝努的母體小行星有水流過。
繪圖:SIMON ET AL., SCIENCE (2020)
 
  貝努小行星可能會為生命的最終起源提供線索,這也是美國宇航局在2016年發射OSIRIS-REx探測器采集其表面樣本的原因。貝努是已知含有含碳有機分子的小行星群的一部分,這些有機分子包括地球生命的必要成分,以及在有水存在時發生變化的礦物質。研究人員懷疑,地球上至少有一部分水和有機分子來自小行星,所以像貝努這樣的天體很可能已經給地球留下了生命所需的化學物質。
 
  貝努也可能對我們的家園星球造成安全威脅。它的軌道與地球軌道交叉,在2100年代末與地球相撞的幾率約為1 / 2700,因此對這顆小行星進行深入研究就顯得尤為重要。
 
水的起源
 
  雖然組成貝努的許多巨石可以追溯到太陽系初期,但貝努本身是較新的混沌產物。研究人員認為,大約10億年前,小行星帶的一次大碰撞摧毀了一個約97千米寬的星體。大爆炸產生了許多碎片,形成了包括貝努在內的更小的小行星群。
 
  貝努的母體還年輕時,它有足夠的熱量,能夠讓水在其土壤中保持液態。這些水流過小行星時,其流經的裂縫中緩慢地沉積了碳酸鹽礦物。后來,引力作用下,貝努從其母體的殘骸中誕生,這些原始礦物脈中的一部分被完整地保存了下來,這些巖石現在散布在貝努的表面。
 
  目前看到的最大的碳酸鹽脈有0.91米長左右。其寬度和大小表明,在數百年甚至數千年的時間里,貝努的母體有過大量的熱液活動。
 
   “這就是我們進行探測器探索的原因,” OSIRIS-REx小組成員及研究合著者Hannah Kaplan說道,她是美國宇航局戈達德太空飛行中心的行星科學家。“我們沒料到會看到這些東西,這是無法從地球上觀測到的,需要非常靠近這顆小行星才行。”
 
  在OSIRIS-REx采集了大量高分辨率數據后,碳酸鹽礦脈才得以曝光。Rivkin指出,探測器的一個儀器能夠以一個籃球場大小的分辨率觀察小行星的表面組成。另一種儀器可將貝努的顏色變化精確到一張紙的大小,還有的儀器甚至能將貝努表面的部分圖像精確到一張郵票大小。
 
奇怪的太空小石頭
 
  貝努是一顆多孔的“碎石堆”小行星,由其微弱的引力松散地維系在一起,這種引力還不到地球引力的百萬分之一。這使得探索這個奇怪的世界就像在仙境探險一樣。
 
  OSIRIS-REx探測器繞小行星運行期間發現了各種各樣意想不到的細節。首先,有奇怪的“爆裂巖石”從貝努表面噴射出來,可能是由于太陽的加熱導致的。該探測器甚至在貝努的瀝青色巖石中發現了另一顆小行星“灶神星”的碎片。

小行星“貝努”上發現生命成分
藝術家繪制的美國宇航局OSIRIS-REx宇宙飛船即將從小行星貝努收集樣本的概念圖。
繪圖:NASA/GODDARD/UNIVERSITY OF ARIZONA
 
  在新的研究中,研究人員在貝努表面發現了兩種不同類型的巖石,一種較堅硬,另一種較脆弱。他們還發現了小行星在顏色、持溫能力、局部密度以及南北半球地形上的細微差別。這些因素可能揭示了貝努是如何在空間的真空中形成和風化的。
 
  OSIRIS-REx探測器證實,含碳的有機分子幾乎覆蓋了貝努的整個表面。此前,基于隕石證據,科學家們一直懷疑貝努有大量的含碳有機分子。這一推測得到證實后,人們對OSIRIS-REx探測器10月20日進行的“Touch-And-Go”采樣嘗試的信心更加堅定了。
 
小行星“貝努”上發現生命成分
在一處名為南丁格爾(Nightingale)的取樣地點矗立著一個三層樓高、14米寬的巨石(圖片中央),綽號厄運山(Mt. Doom)。
攝影:NASA/GODDARD/UNIVERSITY OF ARIZONA (MOSAIC OF 55 IMAGES) 
 
小行星“貝努”上發現生命成分
在一次試驗中,OSIRIS-REx探測器的采樣臂降落在靠近貝努表面的地方。“Touch-And-Go”采樣演習的目標是鉆探并收集至少幾十克的材料,最多可達2千克。
攝影:NASA/GODDARD/UNIVERSITY OF ARIZONA
 
  不到兩周,探測器將降落到一個名為“夜鶯”的隕石坑著陸點,這是小行星上以鳥類命名的眾多特征地點之一。在幾秒鐘內,它將從小行星上收集至少60克的顆粒和卵石。之后,OSIRIS-REx將從小行星表面升空,返回地球,最終于2023年抵達。
 
  “我們帶回的任何樣本,無論來自什么地方,都應該含有水合礦物,而且應該含有碳元素,” OSIRIS-REx小組成員和研究合著者Amy Simon說道,她是美國宇航局戈達德太空飛行中心的資深科學家。
 
  制定“Touch-And-Go”任務方案是異常困難的。因為 OSIRIS-REx探測器是在假設貝努表面覆蓋著細粒度物質的情況下設計的。而事實上,它被巨石覆蓋著,石塊大小相當于低矮的建筑物。為了繪制出到達小行星表面的安全路線,研究人員必須繪制出小行星的完整地圖,精確到幾厘米,甚至還要在任務進行到一半時升級探測器的導航軟件。
 
  現在距離這次重大采樣任務還有不到兩周的時間,OSIRIS-REx團隊的科學家們非常興奮。
 
   “我現在還不緊張——但如果你問我那天到來時會是什么感覺,那就另當別論了,”Simon笑著說道。“老天保佑,這真是一次不可思議的經歷。”
 
(譯者:陌上花開)

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