露西在太陽系中的軌道。 （NASA網(wǎng)站/圖片）

1974 年11 月24 日，古生物學(xué)家唐納德·約翰遜和湯姆·格雷在東非埃塞俄比亞的哈達爾發(fā)現(xiàn)了一種生活在大約320 萬年前的南方古猿阿法種?；羌軜吮尽＿@個標本含有約40%的骨骼，可以讓古生物學(xué)家還原該物種的體型，因此具有重大的科學(xué)意義。

該樣本的正式名稱為AL288-1，但更廣為人知的名稱是“露西”。一天晚上，科考隊慶祝了這個標本的發(fā)現(xiàn)。當(dāng)晚錄音機里反復(fù)播放著披頭士樂隊的音樂《露西在綴滿鉆石的天空上》（鉆石天空中的露西）》，因此科考隊成員帕梅拉·阿德爾（Pamela Adelman）干脆將這塊化石命名為“露西”。

長期以來，露西被認為是人類最早的祖先，因此這個普通女孩的名字多次被賦予與起源相關(guān)的含義。美國東部時間2021年10月16日5時34分（北京時間17時34分），美國國家航空航天局（NASA）的露西小行星探測器抵達佛羅里達州卡納維拉爾角。從發(fā)射場發(fā)射。天文學(xué)家希望，以我們非洲祖先命名的小行星探測器能夠探索行星起源和太陽系形成的秘密。

露西探測器運行中的藝術(shù)想象圖。 （NASA網(wǎng)站/圖片）

太陽系的“時間膠囊”小行星是太陽系中繞太陽運行的小天體。在太陽系中，小行星聚集的區(qū)域有兩個：一是火星和木星之間，這里的小行星被稱為主帶小行星；二是小行星聚集的區(qū)域。另一個位于木星與太陽系第四拉格朗日點（L4）和第五拉格朗日點（L5）之間，這些位于外太陽系繞太陽運行的小行星以希臘神話中的特洛伊戰(zhàn)爭命名，被稱為“特洛伊小行星”。

露西將訪問的目標小行星。 （NASA網(wǎng)站/圖片）

小行星是天文學(xué)家的熱門研究對象。 2007年，美國宇航局發(fā)射了黎明號探測器，以研究主帶小行星中最大的兩個天體。它的研究目標是小行星灶神星和內(nèi)太陽系唯一的矮行星谷神星。谷神星）。日本和美國也發(fā)射了小行星采樣返回探測器。這一次，露西開創(chuàng)了小行星探索的新時代。這將是第一個訪問特洛伊小行星的探測器。

在天體力學(xué)中，一個小天體受到兩個大天體共同作用的影響，會基本保持靜止在5個位置。前3位由瑞士數(shù)學(xué)家萊昂哈德·保羅·歐拉計算，后3位由法國數(shù)學(xué)家萊昂哈德·保羅·歐拉計算。數(shù)學(xué)家約瑟夫·拉格朗日計算出這五個點稱為拉格朗日點，分別記為L1、L2、L3、L4和L5。其中，只有L4和L5是穩(wěn)定的。

特洛伊小行星分為兩組，均位于木星軌道上，分布在木星運動的“前方”和“后方”。通常情況下，像木星這樣的巨大氣態(tài)巨行星能夠清除其軌道上的小行星。然而，在太陽和木星組成的系統(tǒng)中，兩組特洛伊小行星與太陽和木星的距離相同，即位于系統(tǒng)的L4和L5附近，因此它們受到太陽和木星的影響。太陽和木星的引力。力達到平衡狀態(tài)，因此可以在該系統(tǒng)的L4 和L5 點周圍穩(wěn)定存在數(shù)十億年。

行星形成和演化模型表明，特洛伊小行星很可能是形成太陽系外行星的剩余物質(zhì)，因此充當(dāng)了四十億多年前太陽系誕生的“時間膠囊”。這些獨特的、從未被探索過的原始天體是早期太陽系遺跡的樣本，并包含破譯太陽系歷史的關(guān)鍵線索。它們甚至可以幫助我們獲取有關(guān)有機物甚至地球上生命起源的信息。

按照計劃，露西號在12年的任務(wù)中將飛越8個目標，包括1顆主帶小行星、6顆特洛伊小行星、1顆小行星衛(wèi)星，并對這些目標進行遙感觀測。了解這些小天體的表面地質(zhì)、表面顏色和成分以及內(nèi)部特性。它不僅將到達特洛伊小行星的兩個區(qū)域，還將首次近距離探測到該小行星群中所有三種主要類型的小行星（分別稱為C型、P型和D型）。深紅色的P 型和D 型特洛伊小行星代表在海王星軌道以外的柯伊伯帶中發(fā)現(xiàn)的小行星，而C 型是主要在主帶之外發(fā)現(xiàn)的類型。天文學(xué)家推測，在塵埃絕緣層之下，這些小行星可能富含水和其他揮發(fā)性成分。

獨特的命名1906年2月22日，德國天文學(xué)家馬克斯·沃爾夫發(fā)現(xiàn)了第一顆位于太陽-木星系統(tǒng)L4點的小行星（編號588）。八個月后，沃爾夫的學(xué)生奧古斯特·科普夫還在L5點附近發(fā)現(xiàn)了一顆小行星（編號617）。幾個月后，卡普夫在L4 點附近發(fā)現(xiàn)了另一顆小行星（編號624）。

當(dāng)時，除了軌道異常的小行星外，大多數(shù)小行星都以希臘或羅馬神話中的女性人物命名。在當(dāng)時的天文學(xué)家看來，沃爾夫和卡普夫發(fā)現(xiàn)的三顆小行星的軌道顯然很奇怪，因此奧地利天文學(xué)家約翰·帕利薩建議它們以荷馬史詩《伊利亞特》為基礎(chǔ)（后來相繼發(fā)現(xiàn)的三顆小行星被命名為“010-30000”） 《伊利亞特》中參加特洛伊戰(zhàn)爭的三個人物阿喀琉斯、帕特羅克洛斯和赫克托爾。

此后，天文學(xué)家又在L4和L5附近發(fā)現(xiàn)了其他小行星。然后他們以特洛伊戰(zhàn)爭英雄的名字命名這些小行星，因此開始稱這些小行星為特洛伊。與此同時，命名約定逐漸形成，即L4點小行星以希臘人物命名，L5點小行星以特洛伊人物命名。這樣，這兩群小行星也分別被稱為“希臘營”和“特洛伊”。特洛伊營地。不過，由于帕里莎最初命名特洛伊小行星時并沒有先見之明，因此希臘陣營中的赫克托實際上是“特洛伊間諜”，而特洛伊陣營中的帕特羅克洛斯則成為了“希臘間諜”。

截至2021年6月，天文學(xué)家已發(fā)現(xiàn)超過10000顆特洛伊小行星，其中包括6303顆希臘坎普小行星和3708顆特洛伊坎普小行星。然而，與特洛伊小行星的實際數(shù)量相比，這可能只是九牛一毛。據(jù)天文學(xué)家估計，特洛伊小行星的兩個區(qū)域內(nèi)可能存在超過100萬顆直徑超過1公里的小行星。

12年的探索露西是第一個在一次任務(wù)中探索如此多目標的探測器，因此它的軌道非常復(fù)雜。發(fā)射后，露西將在2022年10月15日和2024年12月12日兩次飛近地球，以獲得引力助推，然后開始飛向特洛伊小行星。旅行。

在特洛伊小行星的兩個分布區(qū)域中，露西將在2027年至2028年間首先飛越木星“前方”的小行星群，即L4點附近的目標。在飛往L4點的過程中，露西將于2025年4月20日飛過一顆主帶小行星。這顆編號為52246的小行星被露西團隊命名為“唐納德·約翰遜”。 ”，正是為了紀念露西化石的發(fā)現(xiàn)者之一。

在L4點附近的區(qū)域，露西將飛越四顆小行星和一顆小行星的衛(wèi)星。計劃于2027年8月12日飛越3548號小行星Eurybates，以及它的衛(wèi)星Queta，將于2027年9月15日飛越15094號小行星Polymele，并于4月18日飛越11351號小行星Leucus， 2028年。它將于2028年11月11日飛越小行星21900奧魯斯。

此后，露西將于2030年12月25日再次掠過地球并獲得引力助推。這次飛離地球時，木星和特洛伊小行星也在繞軌道運行，所以露西可以飛到木星“后面”L5點附近的區(qū)域。 2033 年3 月3 日，露西將飛越雙星系統(tǒng)帕特洛克羅斯和墨諾提烏斯。在希臘神話中，墨諾提烏斯是帕特羅克洛斯的父親。完成這次飛越后，露西就完成了此次任務(wù)的最后任務(wù)。然而，由于露西處于穩(wěn)定軌道上，因此在未來很長一段時間內(nèi)，它將以六年為一個周期在L4和L5之間來回運行。

探索小行星的強大工具2015 年9 月30 日，NASA 選擇露西作為任務(wù)概念，并分配資金用于進一步研究。 2017年1月4日，NASA確定露西號為第13個發(fā)現(xiàn)級項目。發(fā)現(xiàn)級是美國宇航局資助的一個中型研究項目，旨在探索太陽系的奧秘。項目預(yù)算一般在5億美元左右，但Lucy上線前的實際投資接近10億美元。此前著名的發(fā)現(xiàn)級項目包括開普勒太空望遠鏡和洞察號火星探測器。 2021年6月2日，NASA最近批準了第14號和第15號發(fā)現(xiàn)級項目，這兩個項目都是前往金星的探測器，分別是VERITAS和DAVINCI+。

Lucy 寬15.8 米，但這個寬度大部分被兩塊直徑為7.3 米的太陽能電池板占據(jù)。由于露西將在遠離太陽的木星軌道上工作，因此必須配備巨大的太陽能電池板才能獲得足夠的能量。它還將成為距離太陽最遠的太陽能探測器。發(fā)射后大約一個半小時，露西成功打開太陽能電池板并開始為探測器的電池充電。

露西攜帶的三個主要科學(xué)有效載荷都位于較小的探測器平臺上：拉爾夫、遠程偵察成像儀（LORRI）和熱發(fā)射光譜儀（TES）。 RALPH實際上由兩種儀器組成：一種是可見光成像儀（MVIC），另一種是紅外成像光譜儀（LEISA）。前者可以獲得特洛伊小行星的彩色圖像，以幫助科學(xué)家了解它們的活躍程度，而后者可以尋找吸收線，這些吸收線是特洛伊小行星表面可能存在的不同硅酸鹽、冰和有機物的特征。

遠程偵察成像儀是一種高空間分辨率視覺成像儀，將提供特洛伊小行星表面的詳細圖像。熱輻射光譜儀與美國宇航局奧西里斯-雷克斯小行星采樣探測器和火星全球勘測者號上的儀器類似。這臺紅外光譜儀將使露西團隊能夠更多地了解特洛伊小行星。行星的特性包括它們的熱慣性，即這些物體保存自身熱量的程度。這些可以告訴我們小行星表面物質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)。

此外，露西的高增益天線將利用無線電信號的多普勒頻移來確定這些小物體的質(zhì)量。同時，它還可以使用其終端跟蹤相機（T2CAM）拍攝這些小行星的寬視場圖像，以更好地約束小行星的形狀。

等待是值得的。特洛伊小行星是我們太陽系的時間膠囊，而露西將是未來人類眼中的時間膠囊。

露西團隊相信，我們的后代可能會在遙遠的未來的某一天發(fā)現(xiàn)露西在太陽系的行星之間飛行，因此他們在露西身上安裝了一塊銘牌，記錄了露西的發(fā)射時間和發(fā)射日期。太陽系中行星的相對位置，以及阿爾伯特·愛因斯坦、馬丁·路德·金和卡爾·薩根的話語，他們都思考了人類的存在狀態(tài)和我們在宇宙中的位置。

作為第一個飛往特洛伊小行星的探測器，露西肩負著天文學(xué)家揭開太陽系起源秘密的重任。露西號首席科學(xué)家哈爾·利維森在NASA官網(wǎng)表示：“我們從2014年就有了露西號的任務(wù)構(gòu)想，所以這次發(fā)射已經(jīng)計劃了很長時間。露西號還需要多少天才能發(fā)射？”到達第一顆特洛伊小行星需要數(shù)年時間，但因為這些小物體具有巨大的科學(xué)價值，所以等待和努力是值得的。它們就像天空中的鉆石?！?

隨著更多小行星探測器的發(fā)射以及小行星采樣返回的實現(xiàn)（除了日本和美國探測器外，中國還計劃在2025年左右實現(xiàn)近地小行星采樣返回），天文學(xué)家有望研究太陽系中的這些天體。我們將對小天體有更深入的了解，從而開啟認識太陽系的新天地。

南方周末特約撰稿人鞠強