NASA露西号探测器发射升空，或将揭开太阳系的神秘面纱
露西号探测器将对一群小行星展开探索，这些小行星与木星共享轨道，此前天文学家从未近距离观测过。
NASA的露西号任务为期12年，将探索木星附近的7个小行星，包括普特洛克勒斯和墨诺提俄斯双星系统，首次揭开神秘的木星特洛伊小行星群的面纱。供图：MONICA SERRANO AND RONALD PANIAGUA
撰文：MICHAEL GRESHKO
除了主小行星带，在巨行星木星周围，还有成千上万个未经探索的世界，每个直径不到225千米，那里藏着太阳系诞生的秘密。
10月16日，NASA的露西号探测器在佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空，踏上旅途，对木星特洛伊小行星群展开研究。这趟旅程为期12年，全程64亿千米，露西将周期性进入两个小行星群体（在木星围绕太阳旋转时，这些小行星引领并追随着木星），飞掠8颗小行星，包括7颗特洛伊小行星，以及火星和木星之间主小行星带的1颗。
在10月14日的新闻发布会上，露西号项目主管Adriana Ocampo说：“露西将探索太阳系中从未被人们探索过的区域。”
木星特洛伊小行星群只是夜空中的光点，人们从未见过更多细节。露西号探测器将飞到距离它们不到965千米的地方。在这一过程中，这项任务将创下单个航天器造访小行星数量的记录。
2021年10月14日星期四，在佛罗里达州卡纳维拉尔角太空部队站，联合发射联盟公司的宇宙神5型运载火箭载着露西号探测器，被推到41号航天发射场。摄影：BILL INGALLS, NASA
2025年，露西将抵达第一个目标：主小行星带的小行星，然后前往木星特洛伊小行星群；2027年至2033年，它将在一系列近天体探测飞行中进行探索。露西收集到的数据，包括小行星的颜色、组成、密度和火山口等细节，将有助于研究人员弄清楚每一颗小行星在太阳系中形成的时间和位置。
这是第十次木星探险。这次任务还会模拟早期太阳系的情形，帮助分析地球的邻居们是如何形成的。
“露西”这个名字的灵感来源于著名的露西化石：320万年前现代人类祖先表亲的骨骼遗骸。从某种意义上来说，木星特洛伊小行星群也起到了同样的作用，保存着远古时代的遗迹，科学家可以据此了解我们现在的情况。
“这些确实是形成行星的物质的化石，”露西号任务的首席研究、科罗拉多州博尔德西南研究所的研究员Hal Levison在10月13日的新闻发布会上说：“想要了解太阳系从何而来，我们就必须研究这些小天体。”
漫漫旅途
露西号任务依赖于复杂的轨道，探测器将沿着这条轨道环绕太阳飞行6年。在完成了一系列飞掠地球后，露西将利用地球的引力获得更多能量，飞过主小行星带的“52246唐纳德·约翰逊”。这颗小行星直径4千米，以露西化石的发现者、古人类学家命名。
然后，露西探测器将于2027年飞过引领木星的特洛伊小行星群，一次飞掠5颗小行星；2033年则进入追随木星的小行星群，快速掠过普特洛克勒斯和墨诺提俄斯双星系统。
露西号探测器穿越太阳系的复杂路线由这项任务的架构师、洛克希德·马丁公司的Brian Sutter精心绘制。“Brian的工作不仅是科学——他简直是艺术家，”Levison说。
虽然木星特洛伊小行星群占据了太阳系里两个非常狭窄的区域，但它们颜色、大小、轨道的某些方面差别极大，颜色从灰色到柔和的暗红色，直径从不到1千米到大约110千米。
其中一些小行星就像太阳系里的其他小天体。例如浅灰色的小行星欧律巴忒斯，看上去就像火星外主小行星带里的小行星一样。相反，跳着慢舞的普特洛克勒斯和墨诺提俄斯更像海王星轨道外柯伊伯带的双星系统。
“我们这项任务的目的是调查这个小行星群天体的多样性，”露西号任务的副首席调查员、西南研究所的Cathy Olkin在10月12日的新闻发布会上说。
露西团队需要打造一艘能完成64亿千米的航天器。在最远的地方，露西与太阳的距离超过8亿千米，那里的阳光只有地球上的百分之几。因此，露西需要巨大的太阳能电池板：双太阳能电池阵列可以搭载近8000个独立的太阳能电池，面积相当于3.5个停车位。在特洛伊小行星群的距离上，这些巨大的电池阵列只能产生大约500瓦能量，低于普通微波炉。
在飞掠过程中，露西将以近2.4万千米每小时的速度，飞往距离目标小行星不到965千米的地方，这需要把仪器安装在极其精确的平衡控制器上。在露西与每个目标最接近时，最高分辨率相机L’LORRI将负责拍摄星球表面的特征，最小画幅宽度为7.3米。
“我们可以近距离获得地质和组成方面的数据，而非把它们作为一个光点进行复制，”约翰霍普金斯大学应用物理实验室的小天体专家Andy Rivkin说。
木星周围的小行星
天文学家估计，在这颗气态巨行星周围，有几十万木星特洛伊小行星。1906年第一颗木星特洛伊小行星被发现，自那之后，天文学家定位了近1.1万个这样的天体。其中超过半数是2010年后被发现的，这要归功于扫视夜空的望远镜在不断改进。
这些小行星以特洛伊战争中战士的名字命名：引领木星的小行星群用希腊英雄的名字，追随木星的则用特洛伊英雄的名字。在之后的十年里，天文学家迎来了成千上万颗小行星，《伊利亚特》里的名字终于用完了。
新发现的木星特洛伊小行星以现代奥林匹克运动员的名字命名。2020年，露西团队宣布，发现了围绕飞掠目标之一欧律巴忒斯运行的小天体。他们把这个更小的天体命名为克塔，这个名字来自墨西哥田径运动员Norma Enriqueta Basilio Sotelo，她是点燃奥运圣火的首位女性。
几十年来，这些小行星一直被认为是木星最大的卫星形成时留下的。但在过去25年里，科学家意识到，木星特洛伊小行星群或将为我们提供关于太阳系早期混乱的重要线索。
早期混乱
通过地球上的望远镜，天文学家得知木星特洛伊小行星颜色各异，这意味着它们不是由同样的材质组成。然而，不知何故，这些小天体最终进入了木星旁非常稳定且很难进入的轨道。
哥本哈根大学的博士后研究员Simona Pirani负责研究太阳系的早期形成过程，她说：“因为与木星共享轨道，它们就像木星上所有事情的目击者。”而厘清太阳系最大的行星木星的历史，对于了解整个太阳系至关重要。
2005年，Levison和法国尼斯蔚蓝海岸天文台的同事发表了一个很有影响力的假设（现在被称为“尼斯模型”），提出年轻的太阳系曾有一个混乱时代。
在尼斯模型和其他类似的假设中，太阳系形成之初，拥有比现在更多的小天体，木星、土星、天王星和海王星形成后，都纷纷向内迁移。在成为大行星后，这些气态巨行星与小“星子”之间的引力逐渐改变了它们的轨道，它们因此滑入一个不稳定的结构。
突然之间，这些巨行星向外旋转，来到了今天的位置，把很多小天体赶出太阳系，剩下的那些则混在一起。一些假设甚至认为，第五颗巨行星可能就是在这个时候，被赶出太阳系，混乱的状态愈演愈烈。
木星可能在一片混乱中捕获了特洛伊小行星，其中很多可能形成于海王星之外。尼斯模型发表后的几年里，理论家进行了更新，试图解释特洛伊小行星更多独特的特征。另一些科学家检验了是否存在这样的可能性：在太阳系形成过程中，更早的时候，一些木星特洛伊小行星就已经捕获，那时婴儿期的木星只有地球那么大。
为了验证关于太阳系形成和演化的假设，科学家需要近距离观察木星特洛伊小行星群。
“我期待找到预料之外的东西，”Levison说：“这毫无疑问！”
（译者：Sky4）
