天問二號(hào)任務(wù)探測器成功發(fā)射！我們又要去探索哪些“星星”了？

出品：科普中國

作者：蘇子安（北京航空航天大學(xué)）

監(jiān)制：中國科普博覽

2025年5月29日，中國行星探測工程天問二號(hào)任務(wù)探測器發(fā)射！按照計(jì)劃，天問二號(hào)任務(wù)將通過一次發(fā)射，實(shí)施小行星2016 H03伴飛、取樣、返回和主帶彗星311P伴飛探測等多項(xiàng)任務(wù)。天問二號(hào)計(jì)劃3年內(nèi)完成近地小行星探測和取樣返回，10年內(nèi)到達(dá)主帶開展環(huán)繞探測，實(shí)現(xiàn)中國小行星探測跨越式的發(fā)展。

（圖片來源：新華社記者 才揚(yáng) 攝）

窮究宇宙，天問二號(hào)接續(xù)追問

天問系列（Tianwen）是中國行星探測系列任務(wù)名稱，主要目標(biāo)是實(shí)施以火星探測為重點(diǎn)的行星探測工程。

2020年7月23日，天問一號(hào)探測器在文昌航天發(fā)射場由長征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭發(fā)射升空，著巡組合體于2021年5月15日成功軟著陸火星表面，并在7天后開展了火面巡視。天問一號(hào)順利實(shí)現(xiàn)了對(duì)火星進(jìn)行“繞、著、巡”的三大任務(wù)，使我國成為繼美國之后，第二個(gè)在火星著陸探測的國家。

（圖片來源：作者提供）

今日，天問系列探測器再次踏上星際征途，開啟了我國行星探測工程的新篇章。本次發(fā)射使用“長征三號(hào)乙改二型”(CZ-3B/G2)運(yùn)載火箭，于西昌衛(wèi)星發(fā)射中心進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行。從解決小行星探測主要的科學(xué)問題出發(fā)，天問二號(hào)任務(wù)發(fā)射探測器將在距地球遠(yuǎn)達(dá)4200萬公里的空間，圍繞近地小行星2016 H03和主帶彗星311P展開探測，實(shí)現(xiàn)“認(rèn)知小天體、解密小天體，追溯小天體的前世和今生，探索生命和地球水的起源，揭示太陽對(duì)小天體的影響，以及探究小天體對(duì)地球的危害”5大類科學(xué)目標(biāo)。

此次的任務(wù)大致分為兩個(gè)階段，第一階段是近地小行星2016 H03的交會(huì)、伴飛探測和采樣，預(yù)計(jì)會(huì)伴隨這顆小天體飛行一年后擇機(jī)執(zhí)行采樣任務(wù)，然后探測器與返回器分離，返回器將其采樣品送回地球，目標(biāo)是取得100克以上的小行星樣品。第二階段是探測器進(jìn)行借力轉(zhuǎn)移，繼續(xù)前往主帶彗星311P，預(yù)計(jì)這個(gè)階段需要耗費(fèi)7年時(shí)間。這意味著整個(gè)任務(wù)將會(huì)持續(xù)近10年的時(shí)間，預(yù)計(jì)2035年左右才能結(jié)束任務(wù)。這甚至比天問三號(hào)還要晚，畢竟三號(hào)預(yù)計(jì)在2030年就會(huì)返回了。

雖然結(jié)束得比天問三號(hào)晚，但二號(hào)會(huì)進(jìn)行采樣技術(shù)的驗(yàn)證，為三號(hào)做好技術(shù)準(zhǔn)備。同時(shí)，天問二號(hào)也進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)，將實(shí)現(xiàn)我國首次抄第二宇宙速度地球再入，這與嫦娥五號(hào)、六號(hào)的返回完全不同，它們采用的是“彈道-升力式”再入過程，而天問二號(hào)將采用彈道式再入，環(huán)境和技術(shù)的要求都嚴(yán)苛很多。

為了順利完成既定科學(xué)目標(biāo)，天問二號(hào)任務(wù)配置了可見紅外成像光譜儀、多光譜相機(jī)、中視場彩色相機(jī)、熱輻射光譜儀、探測雷達(dá)、磁強(qiáng)計(jì)、中性粒子與帶電粒子分析儀、噴發(fā)物分析儀、窄視場導(dǎo)航敏感器和激光一體化導(dǎo)航敏感器等多種載荷，其中窄視場導(dǎo)航敏感器和激光一體化導(dǎo)航敏感器為工程導(dǎo)航和科學(xué)探測復(fù)用儀器。

采樣目標(biāo)：小行星2016 H03

所謂小行星（Minor Planet/Asteroid），是指圍繞太陽運(yùn)行、體積和質(zhì)量比行星和矮行星小，且不易釋放出氣體和塵埃的天體。小行星上有很大可能保存著太陽系形成、演化的原始信息，是研究太陽系早期物質(zhì)組成、形成過程和演化歷史的“活化石”，具有極高的科研價(jià)值。同時(shí)，小行星撞擊事件曾多次發(fā)生，部分導(dǎo)致地球環(huán)境災(zāi)變和生物滅絕，直接威脅人類的生存和發(fā)展，因此小行星成為當(dāng)前深空探測的熱點(diǎn)之一。

天問二號(hào)探測的小行星為“2016 H03小行星”，于2016年4月被美國捕捉到蹤跡。2016代表發(fā)現(xiàn)的年份，H03則表示小行星被發(fā)現(xiàn)的順序編號(hào)。后來，該小行星軌道確定后，獲得永久編號(hào)469219。同時(shí)，這顆小行星還被賦予了一個(gè)浪漫的夏威夷語名字:Kamo'oalewa，意為“振蕩擺動(dòng)的天體碎片”。

圖片來源：中央電視臺(tái)

2016 H03小行星是一顆準(zhǔn)衛(wèi)星。準(zhǔn)衛(wèi)星是地球共軌天體3種動(dòng)力學(xué)狀態(tài)（另外兩種為特洛伊小行星和馬蹄形軌道小行星）中最為稀有的一種，它會(huì)與行星有幾乎相同的軌道共振，在公轉(zhuǎn)許多次后便會(huì)接近行星并留駐。2016 H03小行星繞太陽公轉(zhuǎn)周期為365.4天，與地球的365.25天幾乎完全同步。目前，地球附近的7顆準(zhǔn)衛(wèi)星中，2016 H03距離地球最近、運(yùn)行最穩(wěn)定。

地球共軌天體軌跡示意圖

（圖片來源：來自參考文獻(xiàn)[1]）

此外，2016 HO3軌道半長徑與地球非常接近，因此其日心軌道角速度與地球相當(dāng)。這顆準(zhǔn)地球衛(wèi)星與地球的距離大約在0.1～0.3 AU，對(duì)地面測控要求相對(duì)較低，轉(zhuǎn)移軌道需要的能量也相對(duì)較小，這是探測該小行星的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，適合就位探測和采樣返回探測。

天問二號(hào)將以飛越、伴飛、附著、采樣返回等方式，對(duì)2016 H03小天體進(jìn)行整體性遙感探測、局部區(qū)域就位探測和采樣返回，測定其軌道參數(shù)、自轉(zhuǎn)參數(shù)、形狀大小等物理參數(shù)，探測其形貌、表面物質(zhì)組分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，獲取樣品的背景信息，并對(duì)返回樣品開展實(shí)驗(yàn)室分析研究，為探究小行星、早期太陽系的形成與演化過程提供科學(xué)依據(jù)。

繞飛探測目標(biāo)：主帶彗星311P

同時(shí)，天問二號(hào)也會(huì)對(duì)主帶彗星311P進(jìn)行探測。主帶彗星于2013年8月被發(fā)現(xiàn)，直徑約為480米，軌道位于主帶內(nèi)側(cè)。

主帶指火星與木星之間的小行星帶，這里是小行星最密集的區(qū)域。截止2024年年底，發(fā)現(xiàn)的小天體超過140萬顆，其中的90%都位于主帶。彗星（Comet），是指進(jìn)入太陽系內(nèi)亮度和形狀會(huì)隨日距變化而變化的繞日運(yùn)動(dòng)的天體，呈云霧狀的獨(dú)特外貌，主要由為彗核、彗發(fā)、彗尾三部分組成。

主帶彗星（又稱冰質(zhì)小行星、活躍小行星）是小行星與彗星之間的過渡形式，同時(shí)具有小行星的軌道特征和彗星的物理特征，即其軌道離心率和軌道傾角都與主帶內(nèi)的小行星相似，但其在外形和成分上又表現(xiàn)出彗星活動(dòng)的特征，活躍時(shí)具有彗發(fā)和彗尾。主帶彗星的數(shù)量與準(zhǔn)衛(wèi)星一樣稀少，已經(jīng)觀測到的主帶彗星只有15顆。目前非常缺少對(duì)主帶彗星的探測，有諸多科學(xué)問題需要深入研究。

天問二號(hào)預(yù)計(jì)測定主帶彗星311P的軌道參數(shù)、自轉(zhuǎn)參數(shù)、形狀大小等物理參數(shù)，對(duì)其形貌、表面物質(zhì)組分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、臨近空間環(huán)境以及可能的水和有機(jī)物等信息進(jìn)行探測，研究主帶彗星的形成和演化、氣體活動(dòng)機(jī)制，為太陽系起源與演化提供重要線索。

圖片來源：中央電視臺(tái)

此外，311P的尾巴從何而來？它是否有衛(wèi)星？一個(gè)個(gè)懸而未決的疑問也有望在此次任務(wù)中獲得答案。

一般來說，當(dāng)彗星靠近太陽時(shí)，內(nèi)部冰物質(zhì)會(huì)受熱蒸發(fā)，帶出塵埃，形成壯麗的彗尾。然而，311P雖然“長”著彗尾，卻“定居”在小行星帶，由于這里過于靠近太陽，陽光輻射強(qiáng)，被普遍認(rèn)為難以保留水冰等揮發(fā)性物質(zhì)。換句話說，311P打破了小行星和彗星的傳統(tǒng)界限。科學(xué)家們猜測，311P的“尾巴”可能是因?yàn)樽赞D(zhuǎn)加速或受到撞擊，導(dǎo)致表面或內(nèi)部的物質(zhì)被拋射出來形成的。

對(duì)311P的觀測結(jié)果還顯示，它可能有一顆衛(wèi)星。如果屬實(shí)，311P便是少有的“雙小行星”系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中會(huì)有一個(gè)主星和一個(gè)環(huán)繞衛(wèi)星組成，或是兩顆小行星環(huán)繞著它們共同的質(zhì)量中心。目前的理論主要認(rèn)為，這種系統(tǒng)的形成可能是由于母體受到撞擊后分裂形成，也可能是通過引力相互捕獲形成。后期，天問二號(hào)將通過近距離探測，提供更直接的信息及數(shù)據(jù)，解開311P的更多奧秘。

征途漫漫，求索步履不停

2030年前后，我國將實(shí)施天問三號(hào)任務(wù)，確立生命痕跡探尋為第一科學(xué)目標(biāo)，開展火星著陸、火面起飛、火星軌道交會(huì)，實(shí)現(xiàn)火星采樣返回。屆時(shí)，我國有望成為第一個(gè)火星采樣返回的國家。此外，我國也已經(jīng)開始籌劃建設(shè)世界首個(gè)火星樣品試驗(yàn)室。

（圖片來源：作者提供）

目前，天問四號(hào)任務(wù)已經(jīng)處于深化論證階段，目標(biāo)是進(jìn)行對(duì)木星的環(huán)繞探測及其衛(wèi)星——木衛(wèi)四的著陸探測，之后將穿越探測天王星、海王星等行星。在未來，我國還將逐步實(shí)施金星、水星、冰巨星等更多探測任務(wù)。

（圖片來源：作者提供）

參考文獻(xiàn)：

[1]LI C L, LIU J J, REN X, et al. Scientific objectives and payloads configuration of the Tianwen-2 mission[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2024, 11(3)：304-310.