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生命源于何处？人类的命运又将如何？人类从未停止过对这两个问题的求索，而这些问题正是美国航天局（NASA）冥王号（OSIRIS-Rex）任务的终极使命。冥王号飞船于2016年9月出发，前往小行星贝努（101955 Bennu）开展研究并采集样品。冥王任务是继新视野（New Horizons）和朱诺（JUNO）之后 NASA的又一个新前沿（New Frontier）系列的太阳系行星研究项目。冥王号将携带5个科学载荷和一个采样装置，于2018年飞抵小行星贝努，环绕这颗小行星展开为期12个月的科学研究，选择最有科学价值的采样点，并最终采集样品带回地球。研究这些样品将帮助科学家进一步认识形成初期的太阳系，并了解近地空间的资源和危险。

图1. 冥王号小行星采样效果图  图/NASA/Goddard/University of Arizona

为什么要探测小行星？

小行星是记录有太阳系早期历史的“时间胶囊”。46亿年前，银河系的一处尘埃和气体云受到扰动开始坍缩，它们汇聚成大量的原始固态天体，也就是小行星。大部分小行星最终演化成了行星。小行星给地球带来了水和产生生命所需的有机质。作为行星起源的原材料，一小部分小行星得以留存至今，贝努就是其中之一。所以，为了在太阳系形成之初的遗迹里寻找生命起源的答案，NASA选择了贝努。

另外，空间大量小行星的存在也威胁着人类的安全。2013年2月，一颗流星坠入地球大气，下降成为一颗超级火球，在俄罗斯车里雅宾斯克州上空爆炸。它制造的激波造成约上千人受伤，数千建筑物损毁。而冥王号的探测目标小行星贝努就有微小的可能性，或许会在22世纪撞击地球。贝努（直径约492米）比车里雅宾斯克陨石（直径约20米）大得多，如果撞击地球，就可能造成大规模、毁灭级的灾难。位于美国亚利桑那州北部的直径约1.2千米的巴林杰陨石坑就是一颗直径约50米的流星体在5万年前撞击产生的，而贝努的直径大约是它的10倍。为了避免灾难的发生，天文学家一直在致力于利用地面和太空望远镜观测小行星，计算和预报它们的轨道。而冥王号对小行星贝努的研究将有助于提高轨道预报的精度。为了提高未来轨道预报的准确性，冥王号将精确测量太阳光照造成的小行星轨道变化。这种影响学术上称为雅可夫斯基效应（Yarkovsky effect），它是指当小行星吸收阳光和释放热量时，由于小行星自身的转动，接收和释放辐射的方向变化会对小行星自身产生微小的推动力，致使其运动发生改变。

此外，像贝努这样的小行星，包含着水、有机物和金属等物质，这些宝贵的自然资源有可能成为未来深空探测的补给，也对发展太空商业开采有重要的意义。所以探测贝努不仅是为了追寻行星形成和生命起源的答案，也是关乎人类的命运和未来的一项十分重要的工作。

任务的命名和科学目标

冥王项目的全称是The Origins（起源）Spectral Interpretation（光谱分析） Resource Identification（资源调查） Security（安全） Regolith Explorer（土壤探测），缩写为OSIRIS-REx。这个冗长的名称最大限度地展示了项目的主要任务。

根据NASA的OSIRIS-REx项目官网介绍，之所以选择这个名字，还因为欧西里斯（Osiris）是古埃及神话中的冥王，一位反复重生、游走于人间和冥界的神。传说中的他为尼罗河流域带来了农业，也为世界带来了生命。相似地，冥王号将带回的小行星样品就可能包含着造就地球生命之源的有机物质。

任务的命名也正是其科学目标的集合：

Origins（起源）：采集来自太阳系早期的原始的碳质小行星样品，带回地球，在实验室里研究生命的起源和行星形成的过程。

Spectral Interpretation（光谱分析）：探测器直接光谱调查，将建立起和地面观测光谱数据之间的联系，并为众多其他小行星的望远镜观测数据提供重要的参考。

Resource Identification（资源调查）：勘察碳质小行星的化学和矿物信息，为经济开发和未来的空间探测打基础。

Security（安全）：关注小行星对地球潜在的威胁，通过测量太阳光对小行星贝努轨道造成的影响，提高未来小行星轨道预报的精度。

Regolith Explorer（土壤探测）：精确记录采样点的信息。

冥王号的任务规划

2016年9月8日，冥王号飞船从美国佛罗里达卡纳维拉尔角搭乘宇宙神5号（Atlas V 411）火箭升空。冥王号将绕太阳飞行一年，然后借助地球的引力加速飞向贝努。2018年8月，冥王号开始接近贝努，它将利用携带的小型火箭加速器飞抵贝努附近。

缓速接近贝努的两个月后，飞船会详细勘察这颗小行星。这一过程将持续超过一年，期间冥王号将探测和选择采样点。选出最终采样点后，冥王号不会着陆，而是通过短暂接触来完成采样。冥王号的采样任务简称“TAG”（Touch-And-Go），采样机构将接触小行星表面约5秒，期间通过喷发氮气使表面岩石和各种物质卷入采样头中。飞船携带了足够三次采样尝试使用的氮气，以确保采集60～2000克土壤样品。

2021年3月，冥王号将启程返回地球，经过至少63亿千米（相当于绕地球16万圈）的飞行，在离开贝努两年半后，于2023年9月到达地球。样品返回舱将与卫星分离并以至少12.4千米/秒的速度进入地球大气，最终着陆在位于美国犹他州沙漠的测试训练场内。

接下来的两年，科学组将对样品展开研究。4%的样品将交给加拿大，因为他们参与了该项目；0.5%将交给日本航天局（JAXA)，作为对隼鸟号样品的感谢；而大部分（75%）样品将被NASA精心保存在位于休斯顿的约翰逊航天中心，供全世界的科学家在未来开展深入的研究。

贝努是一个什么样的目标？

小行星贝努，编号101955，英文名称Bennu，由美国麻省理工学院林肯实验室的近地小行星调查项目（LINEAR）发现，最初的编号是1999 RQ36。在国际天文学联合会（IAU）、亚利桑那大学、行星科学协会和林肯近地小行星调查项目四家单位联合举办的小行星命名大赛中，来自美国北卡罗莱纳州的小学生迈克·普齐奥（Michael Puzio）提出的命名“贝努”从来自25个国家的八千多个参赛名字中脱颖而出，成为冥王号目标小行星的正式名称。贝努是古埃及神话中的不死鸟，也被说成是冥王欧西里斯的灵魂，还有一种说法是这只鸟从冥王的心脏破壳而出。而迈克·普齐奥的命名理由则是，他觉得展开太阳帆板、伸出机械臂在小行星采样的冥王号形似一只苍鹭，跟传说中的贝努很像。

科学家在超过50万个已知小行星中筛选出七千多个近地小行星，然后根据采样返回的轨道优劣选择出192个目标。再根据小行星的尺寸、形状、自转特性和表面物质成分等一系列因素，最终将贝努锁定为冥王号的目标。

贝努是一颗碳质小行星，直径约492米，自转周期4小时。它在22世纪将有大约1/2700的可能性撞击地球。右图内嵌图是1999年9月阿雷西博望远镜获取的贝努的射电影像。虽然已经动用了世界上所有最好的地面望远镜和太空望远镜，但是，最清晰的程度也不过是射电观测得到的模糊的形状模型。贝努这颗凶险的小行星究竟长什么样？要等冥王号带给我们答案。

人类探测小行星的历程

目前已经被探测过的小行星有12颗，分别来自9次任务，其中仅隼鸟号任务在丝川小行星实施了采样返回，但样品总量不足1毫克。除了冥王号，还有于2014年12月发射的日本航天局的隼鸟2号飞船，正在奔向它的目标小行星龙宫（162173 Ryugu）的路上，并计划于2020年带着样品回到地球。

值得一提的是，我国也为小行星探测做出过重要的贡献。2012年12月13日，我国的月球探测卫星嫦娥二号在其扩展任务中成功飞越战神小行星（4179 Toutatis）。

图2. 小行星任务的时间节点

注：其他各国所有小行星任务的时间节点。图中缺少嫦娥二号扩展任务（2012年12月），以及卡西尼号任务（它飞越了小行星马瑟斯基）。

小行星是可能威胁地球的不速之客，科学家们一直致力于在它们不期而至之前，先找到它们。另一方面，小行星数量庞大，蕴藏着神秘的资源，不仅各国航天部门，越来越多的商业公司也开始把目光投向小行星。太阳系的这些原始的小天体，不仅关乎人类的生存，也将影响人类的发展。科学家将怎样揭开小行星的秘密？让我们拭目以待吧。

（本文发表于《科学世界》2016年第10期）