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“隼鸟”再探小行星 科学家发现2种高活性硅化合物:有助星际探索
“隼鸟”再探小行星 科学家发现2种高活性硅化合物:有助星际探索
来源:《化学物理学报》 | 2014/12/24 20:12:36 | 浏览:1646 | 评论:0

日本探测器踏上6年征程

“隼鸟”再探小行星 科学家发现2种高活性硅化合物:有助星际探索

(艺术家构思的)“隼鸟2号”在发射撞击器。图片来源:JAXA DIGITAL ARCHIVE

欧空局(ESA)的菲莱号着陆器于11月12日登陆彗星“67P/丘留莫夫-格拉西缅科”,与此相隔21天,日本发射了小行星探测器“隼鸟2号”,期望与太阳系内的小行星进行更加亲密的接触。

12月3日下午,搭载小行星探测器“隼鸟2号”的H2A火箭26号机在日本鹿儿岛县种子岛宇宙中心发射升空,这个探测器由此围绕小行星“1999 JU3”开启了为期6年的探测任务。如果一切按计划进行,它不仅会带回来自小行星表面的样品,而且通过炸出弹坑收集出露物还可以采集到该小行星地表下的样本。

“通过对小行星表面和地下的采样进行对比,我们将会更好地了解小行星是由什么组成的以及它如何随时间发生改变。”担任该项目科学负责人的名古屋大学教授渡边诚一郎说。

美国亚利桑那州立大学行星科学家、并未参加此项研究的Erik Asphaug表示,通过撞击对小行星进行观察还可以为了解这颗直径约1公里的天体的结构特征提供线索。它还可以帮助科学家预言,如果一颗小行星撞击地球可能带来哪些破坏。

10年前,第一艘“隼鸟”是全球首艘获取小行星样本的太空飞船。它曾从近地S型小行星(或岩石)“25143”(又名“糸川”)上抓取到一些岩石颗粒。这颗小行星被认为来自水和有机物已经燃烧殆尽的小行星带内部区域。克服燃料泄漏以及多种仪器失灵等问题,“隼鸟”太空飞船在2010年6月把样本带回地球。

它的继任者的登陆任务是一颗来自于小行星带外围的炭质(或C型)小行星,可能存在水与有机元素。渡边表示,综合对两颗小行星以及彗星的探测结果,可以帮助科学家更加准确地描绘出早期太阳系以及其中各种可能携带水与有机材料的天体的全景图,并把那些“生命之种”带回地球。

该项目经理、日本航空宇宙探险局空间和宇宙科学研究所国中均表示,“隼鸟2号”大约花费了2.45亿美元,使用的推进器和稳定剂与其前任基本类似,但较之前更加强劲。国中均表示,“隼鸟2号”的机载仪器也大多是在其前任探测器载荷基础上的升级,但是“它们专门为‘C型’小行星进行了调整”,因为其表面光线非常暗。

第一艘“隼鸟”太空飞船曾携带了一个小型着陆器,但是却与“糸川”号失之交臂,遗失在宇宙空间。“隼鸟2号”将会发射4个携带各种相机和仪器的着陆器。其中之一就是小行星表面移动侦察机(简称MASCOT),由德国航空中心和法国空间研究中心研制,将通过穿越这颗小行星来探索其表面。

据悉,“隼鸟2号”将于2018年夏天到达小行星,经过约1年半时间的滞留,并于2020年将样本带回地球。

“隼鸟2号”最大胆的策略将是在小行星表面轰炸出一个弹坑。首先,它要接触小行星并抓取其表面样本;其次,它会发射一颗装满炸药的撞击器,并躲避到小行星身后保证自身安全。引爆炸药后会把推进器以每秒2000米的速度推进到小行星上,在小行星表面某一地点产生一个直径为2~7米的撞击坑。

“我们确实不知道小行星是由什么组成的。”渡边说。一个浮式相机将被用于记录这一过程。一旦尘埃落定,“隼鸟2号”将会降落在弹坑附近,收集地底喷出物,然后踏上回归地球的旅途。(冯丽妃)


科学家发现2种高活性硅化合物:有助星际探索

科学家们首次在实验室探测到以硅原子和氮原子收尾的碳链分子,这项技术将有助于天文学家获取更完整的关于星际化学的信息图。

硅是地壳中最常见的元素之一,除此之外,它也大量的散落于星际空间的其他角落。目前能够探测到宇宙遥远角落的含硅分子并理解其产生的化学机理的唯一方法,是通过天文望远镜观测这些分子所辐射出来的电磁波。

日本东京大学的科学家们日前确定了两种新被发现的并具有高度活性的硅化合物的电磁辐射光谱。该研究已发表于美国物理联合会出版的《物理化学学报》中,这项研究将有助于天文学家在星际介质中寻找相关分子。

“正如人体的指纹和DNA序列可以被用来识别人的身份一样,我们也可以通过分子辐射的电磁波的频率来识别分子。”Yasuki Endo说,他是东京大学基础科学系的研究人员。

使用光谱技术,科学家们已经能够识别出包裹在某些恒星的气体云层中,以及稀薄地充斥在恒星之间的含硅分子。在外太空中,硅元素通常是在含有稳定性化合物硅酸盐的尘埃颗粒中被发现。但是,一些具有高度活性的分子如SiCN,也会在星际介质的气体物质中被发现。

寻找更具活性的硅化合物

Endo和其同事考虑过是否会有和SiCN来自同族,但具有更长的碳链的分子也存在于星际介质中。要回答这个问题,首先要解决一个难题:科学家们从未在实验室中开展过任何实验用以确定这些具有活性的,以硅原子或者氮原子收尾的碳链分子的光谱特征。

为了填补这些知识的缺口,Endo及其研究组制造出了SiC2N和SiC3N分子——他们使用喷气式飞机混合前体气体,然后用电场脉冲轰击混合气体最终得到所需的分子。随后研究人员使用傅里叶变换微波光谱仪对这两种分子的电磁辐射进行了测量。为了找到辐射光谱中的峰值,研究者们使用理论计算作为导向。

“我们的实验使得在星际介质中找寻Si2N和Si3N分子成为了可能。” Endo说。

对空间化学的深入了解

Endo和他的同事们计划将他们的研究结果用于一颗叫做IRC+10216的巨大的红外恒星中,他们将在围绕该恒星的气体云层中寻找以硅原子或者氮原子收尾的碳链分子。科学家们以前曾在这颗恒星的周围探测到过单个的SiCN分子。

“如果这些SiC2N和SiC3N分子在天体中被发现,并且能够确定是大量存在的,我们就可以获得很多有价值的信息以帮助我们了解这些分子的产生机制。”Endo说,“另外,这些信息也会为我们了解其他含硅分子的形成方式提供线索。”这些新的信息能够为科学家们提供更多关于宇宙的化学组成及恒星,行星诞生条件的更多的线索。

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