探索天王星、將火星樣本帶回地球，未來十年NASA有可能搞這些事

2021年底，美國國家科學(xué)院牽頭發(fā)布過一次天文學(xué)十年調(diào)查報(bào)告，重點(diǎn)關(guān)注探索遙遠(yuǎn)天體，建議優(yōu)先建設(shè)大型光譜太空望遠(yuǎn)鏡。

本周發(fā)布的第二項(xiàng)十年調(diào)查報(bào)告重點(diǎn)關(guān)注天文學(xué)家和行星科學(xué)家對太陽系內(nèi)天體的研究，最終能否實(shí)施主要取決于行星科學(xué)預(yù)算是否能趕得上通貨膨脹速度。

大項(xiàng)任務(wù)

這次十年調(diào)查報(bào)告主題幾乎涵蓋了對太陽系內(nèi)大大小小天體的研究。比如探索太陽系內(nèi)小天體中的物質(zhì)，從而推斷出原行星盤中行星形成的細(xì)節(jié)；對系內(nèi)行星進(jìn)行深入觀察，跟蹤自誕生以來的演化過程。其中的優(yōu)先研究事項(xiàng)有月球形成、行星內(nèi)部和大氣信息、行星演化過程中的影響因素。此外，天文學(xué)界還將重點(diǎn)研究地外天體現(xiàn)在或過去存在生命的可能性。

其中最貴的項(xiàng)目是天王星軌道飛行器和探測器(Uranus Orbiter and Probe,UOP)。就像早期的伽利略號和卡西尼號探測器一樣，UOP由軌道飛行器和大氣探測器組成，其中大氣探測器將扎進(jìn)天王星，為科學(xué)家提供更多探測信息。理想情況下，UOP將在未來十年內(nèi)建成，并在2032年結(jié)束的窗口期內(nèi)發(fā)射升空，利用木星的引力輔助效應(yīng)飛往天王星。

十年調(diào)查報(bào)告之所以選擇天王星，是因?yàn)樵诖酥叭祟愐呀?jīng)對氣態(tài)巨行星木星和土星做了廣泛研究，但只有旅行者號探測器造訪過冰巨星。系外行星調(diào)查顯示，海王星大小的行星在銀河系其他地方很常見，相比之下天王星更有趣。科學(xué)家推測其在早期階段曾遭到撞擊，導(dǎo)致自轉(zhuǎn)軸移動(dòng)了近90度，而且恰好比海王星要近得多。

在預(yù)算充足的情況下，十年調(diào)查報(bào)告還建議對土衛(wèi)二進(jìn)行探索。科學(xué)家認(rèn)為，土衛(wèi)二的冰下海洋和間歇噴泉在不斷將一些物質(zhì)釋放到太空中。土衛(wèi)二軌道飛行器將飛過這些間歇噴泉的羽流，分析成分，然后在星球表面著陸，整個(gè)計(jì)劃將為期兩年時(shí)間。報(bào)告建議在2050年之前及時(shí)發(fā)射軌道飛行器，屆時(shí)土衛(wèi)二軌道變化將為有間歇噴泉的南半球帶來更多陽光。

對天體進(jìn)行采樣

科學(xué)家可以用各種科學(xué)儀器來深入研究返回地球的天體樣本。受最近幾次成功將樣本帶回地球的啟發(fā)，未來十年將會(huì)有各種各樣的類似任務(wù)。

其中將火星樣本帶回地球是首要任務(wù)。調(diào)查報(bào)告總結(jié)道：“這十年，美國國家航空航天局（NASA）機(jī)器人探索工作的最高科學(xué)優(yōu)先任務(wù)應(yīng)該是盡快將火星樣本帶回地球。”其中包括向火星發(fā)送設(shè)備，收集毅力號火星車目前采集到的樣本，目前項(xiàng)目細(xì)節(jié)仍在制定當(dāng)中。調(diào)查指出，人們普遍擔(dān)心預(yù)算會(huì)隨著時(shí)間推移而激增，因此建議將預(yù)算限制在53億美元，在此之后應(yīng)該獲得額外資金。

調(diào)查報(bào)告還建議投資建造火星生命探測器，并在遠(yuǎn)離火星極地地區(qū)的冰層附近著陸。科學(xué)家已經(jīng)確認(rèn)那里有值得研究的冰沉積物。

報(bào)告還建議為探索月球打造一個(gè)類似的月球車以及樣本返回計(jì)劃，其中名為“耐力- A”的月球車將在月球南極的大型撞擊坑中漫游，收集100公斤的月球樣本，并通過NASA阿爾忒彌斯計(jì)劃的載人登月任務(wù)將樣本帶回地球。而這部月球車本身有望通過NASA斥資26億美元打造的商業(yè)月球有效載荷服務(wù)(Commercial Lunar Payload Service)抵達(dá)月球。

在中等規(guī)模的“新邊疆”項(xiàng)目方面，調(diào)查報(bào)告認(rèn)為新增預(yù)算可以支持至少一個(gè)或兩個(gè)任務(wù)，其中包括將一顆彗星、谷神星或特洛伊小行星的樣本送回地球。

而其他選擇還包括向土衛(wèi)六發(fā)射軌道飛行探測器，并在土衛(wèi)二軌道飛行器前往目標(biāo)天體之前執(zhí)行多次飛越任務(wù)。除了探索土星，科學(xué)家還可以選擇在月球上安裝地球物理監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)或在金星表面部署著陸探測器。

不只是科學(xué)研究

調(diào)查報(bào)告還研究了預(yù)算情況，考慮預(yù)算增長無法趕上通脹速度時(shí)可能需要削減哪些開支。NASA行星科學(xué)部已經(jīng)將研究分析方面的資金調(diào)到預(yù)算的10%以下，調(diào)查報(bào)告認(rèn)為，這可能會(huì)導(dǎo)致NASA無法從部署的硬件中獲得完整分析結(jié)果。

最后，調(diào)查報(bào)告還提到了行星防御。十年調(diào)查報(bào)告建議啟動(dòng)一項(xiàng)調(diào)查任務(wù)，確定可能構(gòu)成威脅的近地天體。此外調(diào)查報(bào)告還建議開發(fā)新技術(shù)，以便發(fā)現(xiàn)真正維修時(shí)能快速進(jìn)行干預(yù)。