在近年熱播的科幻電視劇《蒼穹浩瀚》中，曾構想過一群特殊的人類，因移民太陽系的小行星帶，他們世代生活在低重力環境下，使身材變得異常瘦高，且再也無法耐受地球重力，甚至都無法在地球自行站立。
如此細膩的背景構想，仿佛意喻人類殖民小行星已指日可待，然而事實上，人類對小行星的認識十分有限，尤其是對位于外太陽系，與木星共軌的特洛伊小行星群更是知之甚少。不過，随着10月16日美國宇航局研制的露西号小行星探測器的成功發射，這一“人類知識盲區”有可能被重新整理。
露西号探測器将探測8顆小行星
探測行星“化石坑”
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據美媒報道，“露西”将在為期12年的時間内飛越1顆主帶小行星和在與木星相同軌道上繞太陽運作的7顆特洛伊小行星。這将是人類航天史上首次對特洛伊小行星群開展探測，還有望創下一次任務探測8顆小行星的數量紀錄。
在文章開頭提及的科幻劇中，人類移民的小行星是我們較為熟悉的主帶小行星，它聚集在火星和木星之間的軌道中，像一條“分界帶”把太陽系劃分為“内太陽系”和“外太陽系”。而“露西”着重探測的木星特洛伊小行星群則不屬于主帶小行星，而是聚集在遙遠的外太陽系。更特别的地方在于特洛伊小行星和木星“共軌”，沿着相同軌道繞日旋轉，但不同于主帶小行星的均勻分布，特洛伊小行星分為兩群分列木星前後，分别聚居于太陽和木星的第四和第五拉格朗日點。
火星和木星之間的小行星帶
“露西”之是以要專程探測這片小行星，是因為根據目前的行星形成和演化模型，特洛伊小行星很可能是形成外太陽系行星（木、土、天、海）的原始物質。由于它們一直聚居在拉格朗日點的穩定環境下，很可能保留了近40億年前太陽系的原初狀态。
這些原始天體就像“化石”一樣為破譯太陽系的曆史，以及包括地球在内的所有行星形成和發展的環境提供了重要線索。
這也正像探測器的名字“露西”一樣，取自一塊于1974年發現的南方古猿阿法種古人類化石，被認為是目前發現的最早“人類”化石，這塊化石的發現大幅革新了人類對自身起源的認知。“露西”以此命名，正是希望該探測器能通過對特洛伊小行星的研究，革新人類對于太陽系起源和早期的認識。
令人驚訝的是，雖然特洛伊小行星的曆史統一且久遠，但星體成分卻多種多樣。根據光譜分析結果，僅此次探測就将涉及碳質（C型）和可能包含有機物（D、P）的小行星，此外還分布有金屬和矽質小行星。這種多樣性可能意味着它們在太陽系的不同位置形成，并随着行星的形成和演化而被“運送”到它們目前的軌道上。
是以，“露西”的科學任務目标是利用其攜帶的科學載荷擷取探測目标的形狀、反射率，繪制隕石坑空間、大小和頻率的分布圖；确定地殼結構和分層的性質，并估算小行星表面的相對年齡。
另外，“露西”還将掃描小行星表面的成分和土壤特性，以确定礦物質、冰和有機物的分布，以及擷取小行星内部的品質和密度資料，并通過對隕石坑、裂縫、噴射物和裸露床層的探測來探究地下成分。
載荷省錢用“舊貨”
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雖然“露西”任務目标很遠大，但項目本身并不龐大，作為美國宇航局旗下“發現級”行星科學計劃的任務，耗資僅9.81億美元，與将在今年12月發射、耗資近百億美元的詹姆斯·韋伯望遠鏡相去甚遠。“露西”秉承“少花錢多辦事”的思路，最早提出于2014年，2017年正式準許實施，4年後即順利升空。
在廠房進行組裝測試的露西号探測器
“露西”之是以耗時短，效費比高，主要在于充分利用已有技術資源。探測器由洛克希德·馬丁公司負責總包，探測器平台繼承自奧西裡斯-雷克斯号小行星采樣傳回探測器，科學載荷則融合了“新視野号”和“奧西裡斯-雷克斯号”，并采用成熟的化學推進方案。
該探測器發射重量為1550公斤，幹重821公斤，由于特洛伊小行星帶遠離太陽，是以配備了兩個由美國宇航局提供的巨大可展開圓形太陽能電池闆，單闆直徑7.3米。展開前探測器僅有3.95米寬，展開後高度達7.28米，寬度達14.25米，有效電池面闆面積達到51平方米。即使在特洛伊小行星帶附近，太陽光強不足地球3%的情況下，仍可産生500瓦電力，而“露西”在探測小行星過程中僅需82瓦電力即可確定載荷正常工作。
露西号探測器配備有兩個由美國宇航局提供的巨大的可展開圓形太陽能電池闆
探測器上共攜帶了3台儀器，都是充分利用已有探測器技術的成果，派生自“奧西裡斯-雷克斯号”的“露西熱發射光譜儀”将通過觀測熱紅外光譜來測定特洛伊小行星表面溫度，幫助認識表面物質的實體特性。派生自“新視野号”的“露西遠端偵察成像儀”為高分辨率全色可見光相機，将在冥王星的經典“比心圖”和“天涯海角”的“葫蘆圖”之後，帶來最詳細的特洛伊小行星表面圖像。
還有同出自“新視野号”的“露西拉爾夫”由兩部分組成，其中“線性标準具成像光譜陣列”為紅外成像光譜儀，而“多光譜可見光成像相機”将拍攝特洛伊小行星的彩色圖像，以幫助确定星體成分。
帆闆未鎖埋隐患
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2019年初，美國聯合發射聯盟公司成功獲得本次發射合同，總額為1.483億美元，采用宇宙神5火箭的401構型發射。
宇宙神5火箭成功将露西号探測器發射升空
該火箭憑借“百發百中，準時準點”的傲人業績，拿下此次任務并不意外。之是以強調“準時”，是因為“露西”軌道設計很複雜，要進行一系列飛掠以實施引力加速，将在2022年10月、2024年12月和2030年12月先後三次飛越地球，這就要求發射必須在10月份進行。
該探測器發射後經曆兩次地球引力加速，然後直奔木星軌道，并在2025年4月順帶飛掠首個探測目标——1顆主帶小行星，在探測過程中各科學載荷将“小試牛刀”，為後續探測積累經驗。
2027年左右，探測器将抵達木星軌道的L4特洛伊小行星群，并先後探測4顆特洛伊小行星，其中1顆小行星還包含有1顆剛被哈勃太空望遠鏡發現、直徑僅有1公裡的衛星。
随後，“露西”将耗時5年進行一次漫長“轉場”，從L4轉移到L5小行星群，在2033年探測一個由2顆小行星組成的雙星系統。至此，在經曆長達12年的過程後，“露西”将完成原定的8顆小行星探測任務，若屆時探測器仍有餘力，則可以繼續標明新目标，為人類探索更多未知。
整個探測計劃看似精妙且完美，但現實總是充滿坎坷。“露西”升空後不久，美國宇航局便宣布未能接收到探測器一側太陽能電池闆的展開鎖定信号，是以無法确認該側電池闆是否展開和鎖定到位，這為探測器後續埋下了隐患。但美國宇航局堅稱探測器目前工作穩定，供電已達到18千瓦的預期水準。
露西号探測器的太陽能電池闆展開過程示意圖
話雖如此，電池闆的問題還是對後續有效載荷開機測試和調校産生了一定影響，但作為一次有望重新整理人類認知的任務，我們還是希望它的旅途一路順風。
文/ 王鑫