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NASA的Psyche航天器将探索独特的小行星以寻找早期太阳系的线索

2021-10-05 12:48 · 稿源: cnbeta

据外媒报道,美国宇航局(NASA)的Psyche任务将于明年发射,这标志着该机构首次着手探索一个金属含量比岩石或冰更丰富的小行星。自从法国作家儒勒·凡尔纳撰写《地心游记》以来,已经过去了150多年,但现实尚未赶上科幻小说的冒险。虽然人类无法钻出一条通往我们星球金属核心的道路,但美国宇航局(NASA)已经把目光投向了一颗巨大的小行星,它可能是一个死亡行星的熔融核心的冷冻遗迹。

这颗小行星被称为Psyche,在火星和木星之间的主要小行星带中绕着太阳运行。利用从地球上的雷达和光学望远镜收集的数据,科学家们认为Psyche主要由金属构成。它可能是一个早期行星构件的部分或全部富含铁的内部,在太阳系早期形成过程中,它与其他大型天体反复碰撞,被剥去了外层的岩石外壳。

这颗小行星最宽处约为173英里(280公里),也可能是其他东西。它可能是一个完全不同的富含铁的天体的剩余部分,该天体由太阳系某个地方的富金属物质形成。

NASA的Psyche任务希望能够找到答案。该航天器定于2022年8月发射,将在两年内围绕它所命名的小行星运行,拍摄照片,绘制表面地图,并寻找古代磁场的证据。Psyche还将研究来自小行星表面的中子和伽马射线,以帮助确定其元素组成。

作为第一个探索表面含有大量金属而非岩石或冰的小行星的任务,Psyche试图更好地了解铁核,这是一个未被探索的行星形成的组成部分。这项任务还可能提供第一个直接检查岩质行星内部的机会,让人们看到以前分层的行星体的内部,否则永远无法看到。科学家们了解到的情况可能会对地球和其他岩质行星的形成过程带来更多的启示。

该任务的主要研究人员、亚利桑那州立大学的Lindy Elkins-Tanton说:“关于Psyche有很多基本问题没有答案。我们从地球上收集的数据每增加一个细节,就更难做出一个合理的故事。在我们访问之前,我们真的不知道我们会看到什么,而且我们会感到惊讶。”

例如,以前的地面观测使科学家们相信,该小行星的金属含量高达90%。最近由埃尔金斯-坦顿领导的研究使用了最新的密度测量,估计该小行星更有可能是30%到60%的金属。

而科学家们对Psyche的铁氧化物含量似乎很低感到困惑,铁氧化物是由铁和氧组成的化学成分。火星、水星、金星和地球都有它们。“因此,如果我们认为Psyche是金属和岩石的混合物是正确的,而岩石中的氧化铁很少,那么关于它是如何被创造出来的,一定有一个奇怪的故事--因为它不符合行星创造的标准故事,”Elkins-Tanton说。

科学家们也不知道Psyche在哪里形成。它可能起源于主要的小行星带,但也有可能它诞生于与地球等内行星相同的区域--或外太阳系,即木星等巨行星现在所在的地方。这两个起源故事都没有遵循一个简单的路径,即Psyche现在生活的地方,距离太阳2.8亿英里(4.5亿公里)。

一般来说,小行星可以让人们了解行星的形成以及46亿年前的早期太阳系如何运作。但是Psyche对科学家来说特别有趣,因为它的金属含量、高密度和低浓度的铁氧化物是如此不寻常。

位于科罗拉多州博尔德的西南研究所(SwRI)的Psyche任务科学家Bill Bottke说:“它如此不寻常的事实正在告诉我们一个新的故事,我们以前没有看到过关于小行星如何演变的故事。那是我们现在没有的故事的一个部分。通过将这部分内容与我们拥有的所有其他内容结合起来,我们将继续完善我们关于太阳系如何在早期形成和演变的故事。”

为了帮助弄清这颗小行星的起源,该任务的科学调查将依靠一个磁力计、一个伽马射线和中子光谱仪以及一个多光谱成像仪。科学家们知道,这颗小行星并不像地球那样产生磁场,但如果Psyche在过去有一个磁场,它仍然可以记录在今天的小行星的材料中。通过安装在6英尺(2米)吊杆上的传感器,磁强计可以确定Psyche是否仍然被磁化。如果是这样,这将证实该小行星是早期小行星核心的一部分,是早期行星的组成部分。

轨道飞行器的伽马射线和中子光谱仪仪器将帮助科学家确定该小行星的化学元素。当宇宙射线和高能粒子撞击Psyche的表面时,构成表面材料的元素会吸收能量。它们发出的中子和伽马射线可以被光谱仪检测到,使科学家能够将它们的特性与已知元素发出的特性相匹配,以确定Psyche是由什么构成的。

同时,两个彩色相机组成了多光谱成像仪。该成像器对人类所能看到的光线敏感,使用紫外线和近红外波长的过滤器。这些滤光片反射的光线可以帮助确定Psyche表面可能存在的任何岩石材料的矿物学。

该航天器的电信系统也将有助于科学的发展。X波段无线电系统主要用于向航天器发送指令,并从它那里接收工程和科学数据。但科学家们也可以分析这些无线电波的细微变化,以测量天体的旋转、摆动、质量和重力场,从而提供更多关于Psyche内部组成和结构的线索。

但在这些科学分析开始之前,将有图片出现。到2025年底,即发射后三年,Psyche将进入小行星的视线范围,成像仪团队将处于高度警戒状态。

“甚至在我们进入轨道之前,我们将开始获得比地球上的望远镜好得多的照片。我们将开始解析特征,看到大的火山口、火山口盆地--也许是山脉。谁知道我们会看到什么?”Psyche的副首席调查员和成像仪团队负责人、亚利桑那州立大学的Jim Bell 说。“我们所知道的是,Psyche的现实将比我们所能想象的更奇怪、更美丽。”

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