星尘号飞越怀尔德2:人类首取彗星物质

事件日期:
2004年1月2日

2004年1月2日,美国的「星尘」号飞船与怀尔德2号彗星相遇,在最近距离约240公里处,用一支网球拍大小的尘埃采集器成功捕获到彗星核发出的物质粒子。这是人类第一次从彗星核中取样、并计划将样本带回地球的太空探索活动,在天文学上具有重要意义。美国宇航局曾形象地称它为「将彗星带回地球」。

「星尘」号的故事始于1999年2月7日。那次发射的主要目的是对怀尔德2号彗星进行取样探测,顺带收集星际尘埃。怀尔德2号是一颗「年轻」的彗星,迄今仅绕太阳飞行过约五圈,绝大部分原始尘埃和气体保存完好,被科学家视为回答太阳系起源等基础问题的理想样本——它不像那些反复靠近太阳、被加热「蒸洗」过多次的老彗星那样面目全非。这颗彗星由瑞士伯尔尼大学天文学家保罗·维尔特发现,因而得名。为了让飞船与彗星「亲密接触」,「星尘」号绕太阳转了三圈、飞行约34亿公里,才在2004年初追上了自己的目标。

相遇当天,飞船伸出采集器,在彗星彗发中收集尘埃粒子,光学导航相机还抓拍了彗核照片作为纪念。这块采集器用的并非普通材料,而是一种叫气凝胶的极轻多孔固体,密度只有玻璃的千分之一,能像海绵一样「接住」高速飞来的尘埃而不使其碎裂,被形象地比作「捕捉烟雾的苍蝇拍」。更早之前,飞船在2000年2月至5月、2002年8月至12月还捕获了太阳系星际尘埃粒子——这些可能保留了太阳系诞生之前的宇宙构成信息。完成取样后,「星尘」号于2004年2月21日远离彗星,踏上归途;途中它还在2002年11月顺路拍下了小行星安妮弗兰克号的照片。

返回地球的过程同样惊险。2006年1月15日,返回舱在距地球约11万公里处被释放,以高达约12.9公里每秒的速度冲入大气层,降落在犹他州的沙漠中。这个速度使它成为进入大气层最快的人造飞行器,着陆点靠近美军试验场公路,方便样品转运。样本最终被送往美国宇航局约翰逊航天中心,供全球科学家研究;母船则在释放返回舱后点燃推进器,进入绕太阳的永久轨道,继续飞行。整个项目耗资约1.68亿美元,由喷气推进实验室负责,首席研究员是华盛顿大学的唐纳德·布朗利。

为什么非要去碰一颗彗星?彗星是太阳系中最古老、最原始的天体,保存了原始星云物质最早的记录;它们把挥发性轻元素带到行星,对行星海洋和大气层的形成起了作用,自身又富含有机物,可能为地球生命提供了必需的分子。此前的「深度撞击」计划只拍到彗星内部图片,而「星尘」号第一次把真实的彗星物质捧回地球。通过对这些尘埃的直接检验,科学家得以核对在太阳系外形成的固体物质,为理解太阳、行星乃至生命从何而来,添上了关键的一块拼图。怀尔德2号带回的微小颗粒,至今仍在实验室里被一遍遍审视,每一次新的发现,都让人类对46亿年前的那片星云多一分想象。

样本归来后的科学回报是丰厚的。「星尘」号带回的彗星尘埃中,科学家发现了此前在实验室里合成过、却从未在太阳系物质中确认过的「不规则」矿物质,还有富含碳的有机颗粒,暗示彗星可能为早期地球送来了构成生命的部分原料。气凝胶里还嵌着来自太阳系之外的星际尘埃,这些比头发丝还细的颗粒,保留了46亿年前原始星云的化学指纹,帮助研究者回溯太阳系的「出厂设置」。

「星尘」号任务也重塑了人类对彗星的认知方式。在此之前,彗星更多是望远镜里的模糊光点;此后,「深度撞击」「罗塞塔」等任务接力,让人类得以撞击、环绕、着陆彗星,逐项验证关于太阳系起源的假说。作为这股浪潮的先行者,「星尘」号用一块网球拍大的气凝胶,把宇宙的远古记忆捧回了地球。它证明:即便是最遥远的起源之谜,人类也愿意用三十多亿公里的飞行去亲手触碰。

样本归来后的科学回报是丰厚的。「星尘」号带回的彗星尘埃中,科学家发现了此前在实验室里合成过、却从未在太阳系物质中确认过的「不规则」矿物质,还有富含碳的有机颗粒,暗示彗星可能为早期地球送来了构成生命的部分原料。气凝胶里还嵌着来自太阳系之外的星际尘埃,这些比头发丝还细的颗粒,保留了46亿年前原始星云的化学指纹,帮助研究者回溯太阳系的「出厂设置」。「星尘」号任务也重塑了人类对彗星的认知方式。在此之前,彗星更多是望远镜里的模糊光点;此后,「深度撞击」「罗塞塔」等任务接力,让人类得以撞击、环绕、着陆彗星,逐项验证关于太阳系起源的假说。作为这股浪潮的先行者,「星尘」号用一块网球拍大的气凝胶,把宇宙的远古记忆捧回了地球。「星尘」号的设计本身也是工程奇迹——它要在高速、高温、微重力的太空环境中完成取样与返回,任何一环失误都会前功尽弃,而它做到了。它证明:即便是最遥远的起源之谜,人类也愿意用三十多亿公里的飞行去亲手触碰。

回望整个「星尘」任务,它最动人的或许不是某一项发现,而是一种姿态:人类愿意为追问起源,把一件精巧的仪器送出三十多亿公里,再让它带着宇宙的尘埃回家。当那些比沙粒还轻的颗粒躺在实验室里,它们承载的,是一个物种对「我们从哪里来」最执拗的好奇。