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为什么NASA要发射一个名叫“露西”的探测器

来源：晰数塔互联网快讯时间：2021年11月08日 13:52

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编者按：太阳系的起源是什么？行星是如何迁移到当前轨道的？地球上的生命是如何出现的？……为了探索这些问题，NASA于10月16日向木星轨道上的特洛伊小行星群发射了露西号探测器，来我们们揭开特洛伊小行星群的面纱。本文来自编译，希望对您有所启发。

美国国家航空航天局(NASA)于10月16日向木星轨道上的小行星群发射了探测器。这个小行星群被称为特洛伊群，它们代表了太阳系中最后未被探索的小行星区域。这艘名为“露西”(Lucy)的深空机器人考古学家航天器将试图回答一些亟待回答的问题，比如太阳系的起源、行星如何迁移到当前的轨道，以及地球上的生命是如何出现的。

“在研究小行星方面，我们从未走得这么远，”NASA局长比尔·纳尔逊(Bill Nelson)说。“通过发射的露西号（Lucy）探测器，我们将能够更好地了解太阳系的形成，更好地了解我们自己。”

经过6年的巡航之后，“露西”将在2033年飞近7颗特洛伊小行星。该航天器将研究特洛伊行星的地质、组成、密度和结构。太阳系中已知的绝大多数的小行星都集中在火星与木星轨道之间的小行星带，它们被称为“主带小行星”。而特洛伊小行星距离我们更远。它们是至少数千颗与木星共用轨道的小行星的总称。依据位置不同，特洛伊小行星可拆分为两小群：一群位于木星前方，另一群则位于木星后方，这些小行星和木星一起，以相同周期、相同速度在轨道上围绕太阳旋转。

“第一次去探索某个地方总是很有趣的，”露西号任务的副首席研究员凯西·奥尔金(Cathy Olkin)说，“每次我们去探索一个未知空间，我们都会越来越多地了解我们的太阳系和我们生活的空间。”

人类已经探索了太阳系中各种各样的小天体，但是木星附近的特洛伊小行星还没有被研究过。大约有10,000个这样的天体已经被发现。当一个多世纪前第一次发现这些行星时，天文学家用“特洛伊”来命名它们。

此次任务的名称“露西”是为了向1974年发现的320万年前的南方古猿骨架致敬，它揭示了人类进化的秘密。NASA团队希望机器人“露西”能对太阳系的进化起到同样的作用，而“史前”是此次任务的科学家们反复讨论的主题。

美国宇航局露西项目的科学家汤姆·斯塔特勒将露西描述为“行星考古学”，并将其与埃及金字塔的研究相比较。

斯塔特勒说：“如果你想了解金字塔是如何建造的，你可以去看看它们的外表，你可以在上面攀爬。然而，这样做很难回答它们到底实际是如何建造的。”

“如果你能找到并挖掘金字塔旁边的废弃建筑工地，而且你找到了用来建造金字塔的工具，之后你又发现了建造金字塔剩下的砖块，也就是那些成形了但没有被使用的材料，这样你就能开始深入了解金字塔的内部结构，以及它们是如何建造的，”他说。

“这就类似我们在特洛伊小行星上所做的事情，”他说，“我们正在挖掘建筑工地的剩余边角料。”

行星科学家们认为，特洛伊小行星是外太阳系巨行星形成时期留下的残骸，是没能从原行星盘中形成行星之后被剩下的“边角料”。因此，这些小行星可能非常古老，还保留着太阳系早期物质的成分和信息，和位于内太阳系的主带小行星、近地小行星一样，是我们追溯太阳系早期历史和演化的“时光胶囊”。

这项任务是必要的。

当行星科学家哈尔·利维森(Hal Levison)和其他理论家试图模拟太阳系的形成时，他们反复遇到了一个问题：在目前的轨道上形成天王星和海王星几乎是不可能的。为了解释这些被称为冰巨星（icegiant，是一种主要由比氢和氦重的气体组成的巨行星。天王星和海王星均是典型的冰巨星）的世界，露西任务的首席研究员利维森和其他三名研究人员开发了太阳系演化的Nice模型(以法国城市命名)。

该模型表明，这些巨大的行星形成时离太阳的距离比它们目前的轨道要近得多，而且年轻的木星和土星的轨道越来越偏离中心，使太阳系变得不稳定，并重新排列。在这个过程中，随着巨大的行星移动，以及天王星和海王星向外迁移时，它们分散了太阳系的小天体。一些彗星和小行星被抛到太阳系外的深处，而另一些则被完全抛到银河系之外。

一小部分分散的小行星永久被困在木星的两个拉格朗日点上，拉格朗日点是行星和太阳的引力和轨道影响平衡的空间区域。这两个区域都在木星的轨道上，这些小行星就是特洛伊群。

如今，Nice模型在一定程度上解释了46亿年前的尘埃和气体盘如何成为围绕太阳运行的行星系统。此外，通过望远镜观测到的系外行星促使了科学重新评估恒星系统(包括我们自己的恒星系统)是如何形成的。一些遥远的恒星由巨大的行星环绕，这些行星离恒星的距离比水星离太阳的距离还要近。

利维森开始相信，行星科学界关于行星形成的想法超越了现有的数据。在Nice模型中约束变量的最好方法是解释特洛伊的起源。

他说：“特洛伊人令人惊讶的一点是，他们在构造上彼此非常不同，但只占据很小的空间。这个小区域的多样性能告诉我们一些关于太阳系早期进化的重要信息。”

为了了解特洛伊轨道上的秘密，利维森需要说服美国国家航空航天局(NASA)建造一艘宇宙飞船来研究它们。这就是露西的来源。2014年，露西号通过了美国国家航空航天局的“发现计划”(Discovery Program)。

研究相机记录的图像将是“露西”团队科学工作的重要组成部分。通过计算每颗小行星上发现的陨石坑的数量，就可以揭示一个行星的表面年龄。(更古老的行星表面会被更多的撞击物撞击，因此会有更多的陨石坑。)科学家们还将分析返回的图像，以了解小行星表面的颜色分布，这可以作为岩石组成的指标：热测量将有助于识别小行星的组成和结构。他们还将使用红外光谱来测量矿物质、冰和有机分子的存在。

美国宇航局对在小行星上寻找原始有机物质很感兴趣，因为数十亿年前，它们可能给地球播下了生命所必需的化学成分。

尽管“特洛伊”号与木星共享一个轨道，但“露西”号不会访问木星。

在12年的任务中，露西号将由两个巨大的太阳能电池板提供动力，这些太阳能电池板在发射后逐渐向外扩展，就像折扇一样。“露西”的轨道像过山车一样，它将以每秒6英里的最快速度移动。

奥尔金说：“它的速度相当于每秒跑1万公里。”

飞船将在一个复杂的绕着太阳系转的轨道上运行，利用地球的引力，在一个被称为拉格朗日4号的点上推进木星的轨道。引力会让它绕着太阳转回到地球，地球又会把它往外“扔”到拉格朗日5号的点上，然后再回来，这个过程一直重复。轨道是由行星的位置和重力推动的，这意味着，如果没有什么阻止力，航天器将持续运行数十万年甚至数百万年。

在最后一次飞行后，根据露西的“健康状况”，NASA可以针对未来的小行星和其他天体进行分析。

“每次当我们飞过一颗特洛伊小行星时，我们都是正在收集数据，”奥尔金说。

译者：Jane