近期美國科學家在《自然通訊-地球與環境》發表文章，發現一個有意思的結論：中國要探測的2016 HO3小行星可能是一塊來自月球的岩石。這顆小行星有什麼特別之處？憑什麼說它可能來自月球？中國計劃如何探測這顆小行星？
（圖源：University of Arizona）
Part.1
這顆小行星有何特別之處？
這顆小行星代號為2016 HO3，國際永久編號為469219，由美國夏威夷泛星計劃望遠鏡（Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System）發現於2016年4月27日，因此它還有一個夏威夷語名字“Kamo`oalewa”，意為“一個獨自旅行的後代（an offspring that travels on its own）”，似乎暗示了它的身世之謎。
科學家發現，這顆小行星位於一個非常奇特的軌道上，它不僅像其他小行星那樣環繞太陽運行，也同時在一個非常遙遠的軌道上環繞地球運行。每年環繞太陽一圈，同時也環繞地球一圈，最近距離地球約1500萬公里，最遠距離地球約4500萬公里。
科學家還預測，在未來幾百年，這顆小行星都會運行在同時環繞太陽和地球的穩定軌道上。可以說2016 HO3小行星是月球之外，地球的另外一顆“准衛星”或者“小月亮”。也正因為如此，全世界科學家對它從哪裡來的？長什麼樣？產生了極大的興趣。我國計劃未來從這顆小行星上採集樣品，帶回地球，在實驗室開展科學研究。
（圖源：JPL-CALTECH/NASA）
這顆小行星獨特的軌道使得它每年都會在4月份附近接近地球，從而使得對它進行觀測成為可能，為確定其精密軌道、測量其物理化學特性創造了條件。不過即使它最亮的時候，仍然非常暗弱，比人眼能看到的最暗弱的星星還要暗弱400萬倍。只有在4月前後的幾周時間，利用地面上的大口徑望遠鏡才能觀測到它。
這次科學家動用了位於美國亞利桑那州大型雙筒望遠鏡（LBT）和洛厄爾發現望遠鏡（LDT）。其中，LBT望遠鏡由兩個8.4米口徑望遠鏡組成，等效口徑為11.8米。LDT望遠鏡口徑為4.3米。
（圖源：維基百科）
與月球相比，這個小月亮，個頭又小轉得又快。2016 HO3小行星絕對星等為24.3，反射率約為0.1-0.15之間，等效直徑約46-58米，相當於半個足球場大。月球自轉一圈需要28天，而這顆小行星28分鐘（+1.8/-1.3）就自轉一圈，屬於快速自轉小行星。
Part.2
憑什麼說它可能來自月球？
那科學家又是如何推測這顆小行星可能來自月球呢，這就不得不提光譜測量的概念。大家知道，太陽光按照波長可以分成紫外、可見光和紅外等譜段，每個譜段又可以進一步細分成很多小譜段，就像可見光可以分成紅橙黃綠青藍紫一樣，這些譜段合稱為光譜。陽光照射到小行星上，物質元素組成以及塵埃粒徑分佈的不同都會導致特定譜段的陽光被吸收。因此小行星的反射光譜特性可以反映出小行星的表面物質組成與結構。
如果利用光譜儀，測量小行星對不同譜段陽光的反射吸收情況，就可以獲得小行星的光譜曲線，進一步可以推測小行星的物質成分。因此對小行星進行光譜測量是研究小行星物質成分的重要手段，也可以根據小行星的光譜曲線對小行星進行分類。
根據小行星的反射光譜，可以大致將小行星分為三類：
C型為碳質小行星，主要由富含有機物、水合物的硅酸鹽組成；
S型為岩石質小行星，主要由硅酸鹽組成；
X型為高反射率小行星，其中一族主要由含鐵、鎳等元素的金屬化合物組成。
這次科學家就利用了LBT和LDT望遠鏡對這顆小行星進行了可見光和近紅外波段的光譜測量。發現這顆小行星總體上屬於S型小行星，但其光譜曲線在近紅外波段的斜率與其他小行星都不相同，反而與月球岩石的光譜曲線更為相似。因此科學家猜測，這顆小行星會不會是一塊月球碎塊？隨着某次撞擊進入繞太陽運行的軌道，經過複雜演化后，成為了一顆地球的“小月亮”。這麼說，難怪它的夏威夷名字為“一個獨自旅行的後代”呢？
除了光譜相似之外，這顆小行星的軌道能量也與地月系統軌道能量接近，在接近地球時，與地球相對速度約為2-5 km/s。而小行星與地球的相對速度平均為20 km/s。似乎也暗示了這顆小行星不同尋常的身世。
這顆小行星到底是不是一塊來自月球的石頭？目前還沒有確鑿的證據，但種種跡象表明，其可能與地月系統存在一定的淵源。看來只有等我們的探測器從這顆小行星取回樣本，在實驗室分析后才能給出確定答案。
Part.3
中國計劃如何探測這顆小行星？
2021年6月12日，中國國家航天局在北京舉辦新聞發布會。國家航天局新聞發言人許洪亮在會上表示，中國將在2025年前後實施近地小行星取樣返回和主帶彗星環繞探測任務，通過一次發射實現一顆近地小行星取樣返回和一顆主帶彗星繞飛探測。
在更早之前的2019年4月19日，中國國家航天局通過官網發布《小行星探測任務有效載荷和搭載項目機遇公告》介紹，探測器將攜帶科學載荷，對近地小行星 2016 HO3 開展繞飛探測，隨後擇機附着小行星表面並採集小行星樣品，之後返回地球附近釋放返回艙，將小行星樣品送回地球，這一過程大約在 3 年內完成。上述過程完成後，探測器經地球、火星借力，經歷約 7 年時間飛行到達小行星帶，對主帶彗星 133P 開展繞飛探測。探測器配置相關科學載荷，以飛越、伴飛、附着、採樣返回等方式，對目標小行星進行遙感探測、就位探測和採樣返回。
中國小行星探測任務具體包括以下科學目標：一是測定 2016 HO3 軌道、自轉、形狀大小和熱輻射等物理參數。二是探測 2016 HO3 形貌、表面物質組分、內部結構，獲取小行星樣品的背景信息。三是對 2016 HO3 返回樣品開展實驗室分析研究，測定小行星樣品的物理性質、化學與礦物成分、同位素組成和結構構造；測定和研究小行星樣品的年齡；與隕石進行比較研究，建立返回樣品與隕石、地面觀測與遙感就位分析數據之間的聯繫。
中國國家航天局還面向國內外公開徵集科學載荷和搭載項目方案，預留了 200 公斤運載能力用於向社會開放搭載，鼓勵中外科研機構聯合提出載荷技術方案，歡迎國外科研機構參加載荷方案徵集，按照 “免費搭載，數據共享，經費自擔 ”的原則搭載國外載荷。
2021年，中國空間技術研究院在《國際太空》期刊描述了對我國小行星取樣返回任務設想。將小行星取樣返回任務總結為“一次發射，兩類探測目標（近地小行星和主帶彗星），三種探測模式（繞飛、附着、採樣返回）”。在文章中提到：“為實現百米級近距離探測，實現小行星的全球覆蓋，需研究繞飛、懸停等多種飛行軌道和探測模式”、“針對可能的‘碎石堆’或‘獨石’特性，以及表面不同大小的碎石粒徑分佈特性，除了觸碰採樣方式外，還需考慮設計懸停採樣和附着採樣等多種模式和手段，確保能可靠採集到樣品”。
我國小行星取樣返回任務是一次高起點、高難度、高顯示度的創新空間任務，將實現太陽系“一帶一路”探測，是我國行星探測重大工程的下一個標誌性項目，將突破多項核心技術，獲取大量科學數據和寶貴的小行星樣品；並為進一步提升我國的深空探測能力、推動行星科學的快速發展和航天強國的建設做出重要貢獻。
我國小行星取樣返回任務也將為揭開2016 HO3小行星的身世之謎提供確鑿的證據[3]，讓我們預祝我國的小行星取樣返回任務早日獲得成功吧。
參考文獻：
[1] Benjamin N。 L。 Sharkey，Vishnu Reddy et al，Lunar-like silicate material forms the Earth quasi satellite （469219） 2016 HO3 Kamoʻoalewa，COMMUNICATIONS EARTH & ENVIRONMENT | （2021） 2：231 | https：//doi.org/10.1038/s43247-021-00303-7 | www.nature.com/commsenv
[2] 余后滿 張熇 等，我國小天體探測任務設想（下），《國際太空》2021年9期
[3] 中國國家航天局，小行星探測任務有效載荷和搭載項目機遇公告，2019年4月
作者簡介：
李明濤，中國科學院國家空間科學中心研究員，主要研究小行星防禦與利用、航天器軌道優化設計，業餘時間維護“行星防禦與利用”公眾號，偶爾八卦近期的宇宙新鮮事@李老師水煮宇宙。
來源：中國科學院國家天文台