露西號探測器將對一群小行星展開探索，這些小行星與木星共享軌道，此前天文學家從未近距離觀測過。

NASA的露西號任務為期12年，將探索木星附近的7個小行星，包括普特洛克勒斯和墨諾提俄斯雙星系統，首次揭開神秘的木星特洛伊小行星群的面紗。供圖：MONICA SERRANO AND RONALD PANIAGUA

撰文：MICHAEL GRESHKO

除了主小行星帶，在巨行星木星周圍，還有成千上萬個未經探索的世界，每個直徑不到225千米，那裡藏著太陽系誕生的秘密。

10月16日，NASA的露西號探測器在佛羅里達州卡納維拉爾角發射升空，踏上旅途，對木星特洛伊小行星群展開研究。這趟旅程為期12年，全程64億千米，露西將週期性進入兩個小行星群體（在木星圍繞太陽旋轉時，這些小行星引領並追隨著木星），飛掠8顆小行星，包括7顆特洛伊小行星，以及火星和木星之間主小行星帶的1顆。

在10月14日的新聞釋出會上，露西號專案主管Adriana Ocampo說：“露西將探索太陽系中從未被人們探索過的區域。”

木星特洛伊小行星群只是夜空中的光點，人們從未見過更多細節。露西號探測器將飛到距離它們不到965千米的地方。在這一過程中，這項任務將創下單個航天器造訪小行星數量的記錄。

2021年10月14日星期四，在佛羅里達州卡納維拉爾角太空部隊站，聯合發射聯盟公司的宇宙神5型運載火箭載著露西號探測器，被推到41號航天發射場。攝影：BILL INGALLS， NASA

2025年，露西將抵達第一個目標：主小行星帶的小行星，然後前往木星特洛伊小行星群；2027年至2033年，它將在一系列近天體探測飛行中進行探索。露西收集到的資料，包括小行星的顏色、組成、密度和火山口等細節，將有助於研究人員弄清楚每一顆小行星在太陽系中形成的時間和位置。

這是第十次木星探險。這次任務還會模擬早期太陽系的情形，幫助分析地球的鄰居們是如何形成的。

“露西”這個名字的靈感來源於著名的露西化石：320萬年前現代人類祖先表親的骨骼遺骸。從某種意義上來說，木星特洛伊小行星群也起到了同樣的作用，儲存著遠古時代的遺蹟，科學家可以據此瞭解我們現在的情況。

“這些確實是形成行星的物質的化石，”露西號任務的首席研究、科羅拉多州博爾德西南研究所的研究員Hal Levison在10月13日的新聞釋出會上說：“想要了解太陽系從何而來，我們就必須研究這些小天體。”

漫漫旅途

露西號任務依賴於複雜的軌道，探測器將沿著這條軌道環繞太陽飛行6年。在完成了一系列飛掠地球后，露西將利用地球的引力獲得更多能量，飛過主小行星帶的“52246唐納德·約翰遜”。這顆小行星直徑4千米，以露西化石的發現者、古人類學家命名。

然後，露西探測器將於2027年飛過引領木星的特洛伊小行星群，一次飛掠5顆小行星；2033年則進入追隨木星的小行星群，快速掠過普特洛克勒斯和墨諾提俄斯雙星系統。

露西號探測器穿越太陽系的複雜路線由這項任務的架構師、洛克希德·馬丁公司的Brian Sutter精心繪製。“Brian的工作不僅是科學——他簡直是藝術家，”Levison說。

雖然木星特洛伊小行星群佔據了太陽系裡兩個非常狹窄的區域，但它們顏色、大小、軌道的某些方面差別極大，顏色從灰色到柔和的暗紅色，直徑從不到1千米到大約110千米。

其中一些小行星就像太陽系裡的其他小天體。例如淺灰色的小行星歐律巴忒斯，看上去就像火星外主小行星帶裡的小行星一樣。相反，跳著慢舞的普特洛克勒斯和墨諾提俄斯更像海王星軌道外柯伊伯帶的雙星系統。

“我們這項任務的目的是調查這個小行星群天體的多樣性，”露西號任務的副首席調查員、西南研究所的Cathy Olkin在10月12日的新聞釋出會上說。

露西團隊需要打造一艘能完成64億千米的航天器。在最遠的地方，露西與太陽的距離超過8億千米，那裡的陽光只有地球上的百分之幾。因此，露西需要巨大的太陽能電池板：雙太陽能電池陣列可以搭載近8000個獨立的太陽能電池，面積相當於3。5個停車位。在特洛伊小行星群的距離上，這些巨大的電池陣列只能產生大約500瓦能量，低於普通微波爐。

在飛掠過程中，露西將以近2。4萬千米每小時的速度，飛往距離目標小行星不到965千米的地方，這需要把儀器安裝在極其精確的平衡控制器上。在露西與每個目標最接近時，最高解析度相機L’LORRI將負責拍攝星球表面的特徵，最小畫幅寬度為7。3米。

“我們可以近距離獲得地質和組成方面的資料，而非把它們作為一個光點進行復制，”約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的小天體專家Andy Rivkin說。

木星周圍的小行星

天文學家估計，在這顆氣態巨行星周圍，有幾十萬木星特洛伊小行星。1906年第一顆木星特洛伊小行星被發現，自那之後，天文學家定位了近1。1萬個這樣的天體。其中超過半數是2010年後被發現的，這要歸功於掃視夜空的望遠鏡在不斷改進。

這些小行星以特洛伊戰爭中戰士的名字命名：引領木星的小行星群用希臘英雄的名字，追隨木星的則用特洛伊英雄的名字。在之後的十年裡，天文學家迎來了成千上萬顆小行星，《伊利亞特》裡的名字終於用完了。

新發現的木星特洛伊小行星以現代奧林匹克運動員的名字命名。2020年，露西團隊宣佈，發現了圍繞飛掠目標之一歐律巴忒斯執行的小天體。他們把這個更小的天體命名為克塔，這個名字來自墨西哥田徑運動員Norma Enriqueta Basilio Sotelo，她是點燃奧運聖火的首位女性。

幾十年來，這些小行星一直被認為是木星最大的衛星形成時留下的。但在過去25年裡，科學家意識到，木星特洛伊小行星群或將為我們提供關於太陽系早期混亂的重要線索。

早期混亂

透過地球上的望遠鏡，天文學家得知木星特洛伊小行星顏色各異，這意味著它們不是由同樣的材質組成。然而，不知何故，這些小天體最終進入了木星旁非常穩定且很難進入的軌道。

哥本哈根大學的博士後研究員Simona Pirani負責研究太陽系的早期形成過程，她說：“因為與木星共享軌道，它們就像木星上所有事情的目擊者。”而釐清太陽系最大的行星木星的歷史，對於瞭解整個太陽系至關重要。

2005年，Levison和法國尼斯蔚藍海岸天文臺的同事發表了一個很有影響力的假設（現在被稱為“尼斯模型”），提出年輕的太陽系曾有一個混亂時代。

在尼斯模型和其他類似的假設中，太陽系形成之初，擁有比現在更多的小天體，木星、土星、天王星和海王星形成後，都紛紛向內遷移。在成為大行星後，這些氣態巨行星與小“星子”之間的引力逐漸改變了它們的軌道，它們因此滑入一個不穩定的結構。

突然之間，這些巨行星向外旋轉，來到了今天的位置，把很多小天體趕出太陽系，剩下的那些則混在一起。一些假設甚至認為，第五顆巨行星可能就是在這個時候，被趕出太陽系，混亂的狀態愈演愈烈。

木星可能在一片混亂中捕獲了特洛伊小行星，其中很多可能形成於海王星之外。尼斯模型發表後的幾年裡，理論家進行了更新，試圖解釋特洛伊小行星更多獨特的特徵。另一些科學家檢驗了是否存在這樣的可能性：在太陽系形成過程中，更早的時候，一些木星特洛伊小行星就已經捕獲，那時嬰兒期的木星只有地球那麼大。

為了驗證關於太陽系形成和演化的假設，科學家需要近距離觀察木星特洛伊小行星群。

“我期待找到預料之外的東西，”Levison說：“這毫無疑問！”

（譯者：Sky4）