这是一幅创作于2021年3月的插画,描绘的是NASA的普赛克航天器,它的目标是在2022年8月发射到主小行星带,以调查富含金属的小行星普赛克。
影像来源:NASA/JPL-Caltech/ASU

NASA的普赛克航天器将于2022年8月发射,并于2026年抵达小行星带,它将围绕一个我们几乎无法从地球上精确定位且从未访问过的世界运行。

NASA的普赛克任务的目标是一颗富含金属的小行星,也被称为普赛克,它位于火星和木星之间的主带,是一个未知的外太空世界。从地球和太空望远镜上看,这颗小行星看起来就像一个模糊的物体。根据雷达数据,科学家们确实知道,它的形状有点像土豆,而且它会侧身旋转。

通过分析小行星反射的光线,科学家们推测小行星普赛克的金属含量异常丰富。一种可能的解释是,它形成于我们太阳系的早期,要么是作为一个星子的核心(行星的一部分),要么是作为从未熔化的原始物质。这次任务的目的是找出答案,在这个过程中,他们希望能帮助回答有关太阳系形成的基本问题。

“如果结果证明它是金属核心的一部分,那么它将成为我们太阳系中第一代早期核心的一部分。”负责普赛克任务的首席研究员亚利桑那州立大学的林迪·埃尔金斯-坦顿 (Lindy Elkins-Tanton)说。“但我们真的不知道,在我们到达那里之前,我们什么都不能确定。我们想问一些关于构成行星的物质的基本问题。我们有很多问题,却没有很多答案。这是真正的探索。”

这张图显示了NASA的普赛克航天器将如何探索小行星普赛克,从高空轨道A开始,在进行科学调查时逐渐下降到轨道D。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

埃尔金斯-坦顿领导的团队提议将普赛克作为NASA的发现级任务;于2017年入选。她说,一个巨大的挑战是选择任务的科学仪器:当你不确定具体测量什么时,如何确保获得所需的数据?

例如,为了确定这颗小行星到底是由什么组成的,以及它是否是星子核心的一部分,科学家们需要能够解释一系列可能性的仪器:镍、铁、不同种类的岩石,或者岩石和金属的混合物。

他们选择了一个有效载荷套件,其中包括一个磁力计来测量任何磁场;成像仪对表面进行拍照和绘图;光谱仪通过测量从表面发出的伽马射线和中子来指示表面是由什么构成的。科学家们继续假设普赛克是由什么构成,但“没有人能够想出一种我们拥有的科学仪器无法处理的普赛克。”艾尔金斯-坦顿说。

这幅插图描绘了140英里宽(226公里宽)的小行星普赛克,它是NASA同名任务的目标。根据从地球获得的数据,科学家们认为这颗小行星是金属和岩石的混合物。
影像来源:NASA/JPL-Caltech/ASU

如何游览未知世界

但在科学家将这些仪器投入使用之前,它们需要到达小行星并进入轨道。普赛克于2022年8月从NASA肯尼迪航天中心发射升空,9个月后将飞越火星,利用火星的引力向小行星弹射。它的总旅程约为15亿英里(24亿公里)。

该航天器最终将在2025年底开始接近这颗小行星。随着航天器接近目标,任务团队将打开摄像机,小行星普赛克的图像将从我们现在知道的模糊斑点转变为高清图像,首次揭示这个奇怪世界的表面特征。这些图像还将帮助工程师们在2026年1月准备进入轨道时确定方位。航天器的初始轨道被设计在一个较高的安全高度————距小行星表面约435英里(700公里)处。

在第一次轨道运行期间,普赛克的任务设计和导航团队将专注于测量小行星的引力场,该力将使航天器保持在轨道上。随着对引力场的了解,该团队可以在不到两年的时间里安全地将航天器导航到越来越靠近小行星表面的地方。

普赛克看起来凹凸不平,上宽下窄(173英里,最宽点280公里),质量分布不均匀。有些部分可能密度较小,比如海绵,而有些部分可能密度更大,质量更大。普赛克的身体质量越大,引力就越大,对航天器施加更大的拉力。

科学家们还没有小行星普赛克的图像;此交互式版本基于建模。要查看它与其他小行星的比较,请放大并旋转它。在太阳之眼中查看完整的互动体验并实时执行任务。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

为了解开引力场之谜,任务团队将使用航天器的通信系统。通过测量在航天器和地球周围的大型深空网络天线之间来回反射的 X 波段无线电波的细微变化,工程师可以精确地确定小行星的质量、引力场、旋转、方向和摆动。

该团队一直在研究各种场景,并设计了数千种“可能的普赛克”——模拟小行星密度和质量的变化,以及其自转轴的方向——为轨道计划奠定基础。他们可以在计算机模拟中测试他们的模型,但是在航天器真正到达那里之前,没有办法确定。

在接下来的20个月里,该航天器将使用其温和的电力推进系统进入越来越低的轨道。随着航天器越来越近,对引力场的测量将变得越来越精确,表面图像的分辨率也会越来越高,这使得研究小组能够更好地了解这个物体。最终,航天器将在离普赛克表面约53英里(85公里)的地方建立最终轨道。

这一切都是为了解开这颗独特小行星的谜团:普赛克从哪里来,它是由什么构成的,它告诉我们关于太阳系形成的什么信息?

“人类一直都是探险家,”埃尔金斯-坦顿说。“我们总是从我们所在的地方出发,去寻找那座山的后面有什么。我们总是想走得更远;我们总是想要想象。这是我们与生俱来的。我们不知道会发现什么,我希望我们会大吃一惊。”

有关任务的更多信息

亚利桑那州立大学领导普赛克任务。喷气推进实验室负责任务的全面管理、系统工程、集成和测试以及任务操作。任务阶段——被称为组装、测试和发射操作——目前正在喷气推进实验室进行。

喷气推进实验室还提供了一种称为深空光通信的技术演示仪器,它将在普赛克上运行,以测试未来NASA任务可能使用的高数据速率激光通信。

普赛克任务是美国宇航局发现计划的第14项任务。

有关NASA普赛克任务的更多信息,请访问:

https://www.nasa.gov/psyche

https://psyche.asu.edu/

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/how-nasa-s-psyche-mission-will-explore-an-unexplored-world

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