星辰大海第二站，天问二号为何要探测小行星？

【文/观察者网 陈思佳】据微信公众号“中国的航天”消息，5月18日，行星探测工程天问二号探测器在西昌卫星发射中心按计划完成技术区总装、测试、加注等工作后，顺利转入发射区，后续将按计划开展各项功能检查、联合测试等工作，计划5月底择机实施发射。

执行天问二号发射任务的长征三号乙遥一一〇运载火箭已于14日由技术区转入发射区，并完成吊装、对接等工作。 天问二号任务将通过一次发射，实施小行星2016HO3伴飞、取样、返回以及主带彗星311P伴飞探测等多项任务。

天问二号探测器转入发射区 微信公众号“中国的航天”

为什么要探测小行星？

天问二号任务是中国第一次小行星采样返回和主带彗星绕飞探测任务。在本次任务的两个目标中，小行星2016HO3是人类发现的第一颗地球准卫星，它不是地球的天然卫星，也不属于典型的近地小行星，而是一颗轨道参数与地球几乎相同的绕太阳公转的小行星。

2016年，位于美国夏威夷的泛星计划巡天望远镜（Pan-STARRS）首次发现2016HO3，国际永久编号469219。这颗小行星的直径约为40-100米，自转周期约为28分钟。2016HO3与地球形成1：1的轨道共振，公转周期接近366天，是迄今为止发现的最稳定的地球准卫星。

2016HO3的轨道 美国国家航空航天局

据央视新闻报道，今年2月，中国科学院国家天文台高级工程师严韦解释说，这类小行星保留着太阳系诞生之初的原始信息，是研究太阳系早期物质组成、形成过程和演化历史的“活化石”，具有极高科研价值。但也有科学家推测，这颗直径约40～100米的天体，很有可能是某次远古撞击事件的抛射物。

严韦表示，天问二号将拍摄2016HO3的照片，对它的一些表面形貌特征，包括它的一些自转特性，对这些基本的物理特性进行一些分析，然后通过光谱数据研究它的物质成分。它的物质成分和月球、地球到底有什么相近的地方，这都是探测的一个重点。

根据2021年发表在期刊《自然》上的一项研究，科学家使用美国大双筒望远镜（LBT）和洛厄尔发现望远镜（LDT）观测了2016HO3的表面，发现其光谱特征与月球上经历过太空风化的硅酸盐非常接近，意味着这颗小行星有可能是月球在一次撞击事件中抛射到太空的碎片。

2024年，清华大学航天航空学院的研究团队在《自然》发表论文，通过数值模拟建立了从撞击溅射到长期轨道演变的完整动力学路径，确定2016HO3最有可能来自月球背面的布鲁诺撞击坑。

天问二号的另一个目标311P则是一颗主带彗星。2013年，美国泛星计划巡天望远镜在火星和木星之间的主小行星带一颗拖着多条尘埃尾、外观和彗星十分相似的小天体，后续观测证实，该天体不仅拥有小行星的稳定轨道，还会偶尔释放尘埃，因此被归类为主带彗星。

这颗天体被命名为311P，是人类确认的第七颗主带彗星。311P的平均直径约为480米，轨道周期约为3.24年。

美国哈勃望远镜拍摄的主带彗星311P图像 美国国家航空航天局

严韦解释说，主带彗星是另外的一个类型的小行星，它不是彗星，但是它又有彗星的一些特征，所以把它叫作主带彗星，或者是活跃小行星。它可能会在距离太阳比较近的时候，喷发出一些物质，包括气体、一些颗粒。

严韦指出，主带是绝大多数小行星运行的主要区域，位于火星与木星轨道之间，汇聚了太阳系内超过90%的小行星。传统理论认为，彗星一般来自太阳系边缘，包含着大量的冰物质。当它们靠近太阳时，内部冰物质受热蒸发，会形成壮丽的彗尾。

他表示，311P定居在小行星带，这里过于靠近太阳，阳光辐射强，被普遍认为难以保留水冰等挥发性物质。主带彗星打破了天文学家的固有认知。天问二号后续将探访311P这位小行星带的“叛逆者”，揭秘那些未解之谜。

天问二号的科学任务是什么？

去年6月，期刊《深空探测学报》发表中国科学院月球与深空探测重点实验室和国家天文台团队的论文《“天问二号”任务科学目标和有效载荷配置》，详细阐述了此次任务的科学目标和载荷配置。

论文提出，天问二号任务计划3年内完成近地小行星探测和取样返回，10年内到达主带开展环绕探测。

2016HO3的日心轨道角速度与地球相当，与地球的距离大约在0.1-0.3个天文单位，对地面测控要求相对较低，转移轨道需要的能量也相对较小，适合就位探测和采样返回探测。

在这次近地小行星探测任务中，天问二号将测定2016HO3的轨道参数、自转参数、形状大小和热辐射等物理参数，研究地球准卫星的来源和轨道动力学演化。任务还将探测2016HO3形貌、表面物质组分、内部结构，获取小行星样品的背景信息。

对2016HO3返回样品，将开展实验室分析研究，测定小行星样品的物理性质、化学与矿物成分、同位素组成和结构构造，为小行星的起源与演化、早期太阳系的形成与演化过程提供科学依据；测定和研究小行星样品的年龄，研究小行星的吸积形成、撞击分裂和行星际空间的运行历史；与陨石进行比较研究，建立返回样品与陨石、地面观测与遥感就位分析数据之间的联系，拓展、丰富小行星和太阳系起源与演化的研究。

开展对主带彗星311P的绕飞探测，则有望回答有关主带彗星的诸多科学问题。论文提出，天问二号任务将测定311P的轨道参数、自转参数、形状大小和热辐射等物理参数，研究主带彗星的轨道及其动力学演化。

天问二号还将探测311P形貌、表面物质组分、内部结构、临近空间环境，以及可能的水和有机物等信息，获取太阳系早期演化信息，研究主带彗星的形成和演化、气体活动机制，为太阳系起源与演化提供重要线索。

为完成这些科学目标，天问二号任务将配置可见红外成像光谱仪、热辐射光谱仪、多光谱相机、中视场彩色相机、探测雷达、磁强计、带电粒子与中性粒子分析仪、喷发物分析仪、窄视场导航敏感器和激光一体化导航敏感器等10种有效载荷。

下一步是火星和木星

小行星探测已有30多年历史，探测手段从近距离飞越、绕飞、附着就位探测发展到采样返回。日本“隼鸟”号和“隼鸟2号”探测器已分别对小行星“糸川”（25143 Itokawa）和“龙宫”（162173 Ryugu）进行采样返回，美国“奥西里斯-REx”探测器也已完成对小行星“贝努”（101955 Bennu）的采样返回。

与此同时，各国航天机构积极开展形式多样的小行星探测任务，例如美国在2022年完成的“双小行星重定向测试”（DART）任务，通过撞击改变了一颗小行星的运行轨道，这是NASA开展的一次行星防御测试任务。

期刊《空间科学学报》去年发表的论文《小行星探测历史及启示》指出，目前已有许多国家规划了小行星防御任务或与小行星防御密切相关的任务，小天体防御已成为深空探测的热点方向，可预见的未来将会有更多国家参与到小行星防御的研究与实施中。

该论文指出，虽然目前小行星的采样技术不成熟，无法在短期或中期内实现关于小行星采矿，但针对小行星采矿已有一些观点被提出，例如小行星采矿的技术现状、小行星空间采矿的监管现状、“争夺空间”必要性等。论文认为，天问二号是中国未来深空探测的里程碑，及时介入小行星深空探测领域将使中国在国际空间探测活动中占据有利地位。

在去年9月召开的第二届深空探测（天都）国际会议上，中国深空探测实验室已发布中国首次近地小行星防御任务方案与国际合作设想。

中国首次近地小行星防御任务计划选用“伴飞+撞击+伴飞”模式，当撞击器对目标小行星实施动能撞击时，探测器对撞击过程进行全程观测，并在撞后继续开展撞击效果评估和科学探测等工作。通过一次任务实现“动能撞击+天基评估”。

在深空探测方面，中国还将开展天问三号和天问四号任务，实现火星采样返回和木星系探测。在第二届深空探测（天都）国际会议上，天问三号任务总设计师刘继忠介绍，天问三号任务计划在2028年前后实施两次发射任务，实现火星样品返回地球。

去年6月，国家航天局副局长卞志刚曾表示，中国行星探测工程已经获得国家批复，包括4次探测任务，计划在10年到15年内完成。其中，天问四号是木星系探测任务，计划2030年前后发射。

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