美國宇航局水手10號探測器在20世紀70年代任務期間拍攝的金星紫外圖像（左）與水星光學圖像（右）。（圖片來源：美國宇航局）

我們如何才能成功地從水星和金星采集樣本并帶回地球？這一問題是近期在第56屆月球與行星科學會議上提出的一項研究的核心目標。來自加州理工學院的兩位研究者在會議中探討了未來如何通過任務實施從太陽系最內側兩顆行星（水星和金星）完成樣本返回計劃。該研究有望助力科學家、工程師和任務規劃者更深入地探索太陽系內樣本返回的新方法——尤其是針對那些極難抵達的深空目標。

在此，《今日宇宙》與加州理工學院博士生、該研究的主要作者Tony Yap探討了這項研究的背后動機、關鍵成果、推進樣本返回任務的后續步驟，以及從水星和金星帶回樣本的重要意義。那么，這項研究的核心驅動力是什么？

Yap向《今日宇宙》表示："這項研究源于加州理工學院凱克空間研究所（KISS）舉辦的'太陽系樣本返回'研討會。該會議匯聚了地球/宇宙化學、軌道動力學、任務科學等領域的專家（包括像我這樣處于職業初期的科學家），共同探討通過從太陽系各類天體樣本返回可實現的最優先科學目標，以及為實現這些任務需要開發哪些關鍵技術。"

在這項研究中，研究人員探討了從水星和金星采集樣本的利弊，特別指出了目前尚未發現源自內太陽系的隕石——所有已收集的隕石都來自地球軌道之外，主要來自主小行星帶、火星和柯伊伯帶。研究者強調，內太陽系隕石的缺失導致了我們對行星構建物質認知存在空白，例如碳質與非碳質物質的組成，以及數十億年前，內太陽系在太陽系早期形成階段可能存在的物質類型。

此外，研究人員通過引用之前和現在的探測任務來論證水星與金星采樣的科學價值，如：美國宇航局水星探測器——信使號（MESSENGER）、歐洲航天局正在運行的貝皮科倫坡號（BepiColombo）水星任務，以及美國宇航局未來的金星探測計劃——達芬奇號（DAVINCI）和真理號（VERITAS）。

Yap向《今日宇宙》坦言到我們還沒有從水星和金星帶回來任何隕石之類的樣本。這兩顆行星的構成物質都源自內太陽系，我們需要了解這些物質的地球化學特征，才能更好地理解大約46億年前太陽系早期的演化歷程，并確認它們是否就是解釋地球組成所需的'缺失成分'。隨著核熱推進技術的發展，未來水星采樣返回任務或許可以實現。不過該技術何時能實際應用尚不明確。而金星采樣返回任務即使采用核推進技術似乎也難以實現。由于其質量巨大，著陸并返回地球極為困難。設想一個漂浮在金星云層中的實驗室這是目前科學家正在考慮基于氣球的一個技術方案。

準備好一項航天任務是一件費時費力的事情，從提案到全面投入再到發射準備時間也是從幾年到幾十年不等。為了簡化這一流程，NASA采用了技術準備等級（TRL）體系，通過九級評估標準對任務開發各階段進行把控，包括對所有系統和子系統進行實驗室測試和現實環境演示。每個等級通常需要經歷無數次測試、評估、重新設計、再測試、再評估的循環，直到航天器最終具備飛行條件。

例如，當水手10號探測器在1975年第一次執行水星任務時，這可是比另一探測器聲稱的最靠近太陽的行星任務要早23年呢。因為離太陽太近那是非常危險的，太陽的巨大引力會將靠近它的任何航天器吸進去。因此，科學家們需要多次借助引力助推和行星飛越來降低航天器速度，使其達到能夠被水星引力捕獲并進入穩定軌道的必要條件。

“信使號”探測器于1998年提出構想，并于2004年發射升空，但是直到2011年才步入水星軌道。那么，對于未來從水星和金星帶回樣本的探測任務，下一步是什么？同時，從水星和金星帶回樣本有何重要意義？

相關知識：

雅普在接受《今日宇宙》采訪時表示：“我們正在推動核動力推進和球載技術的發展！讓公眾對水星和金星的‘內在’感興趣，而不只是關注巨行星及其衛星的‘外表’。同時我們也在強化采樣返回的科學論據（例如，研究如何將從這些行星表面刮取或鉆取的1克巖石最大程度地利用）。”

雅普繼續說道：“水星和金星有可能解決宇宙化學領域一個重大且長期存在的問題：追溯地球的構成。出乎意料的是，我們目前并不知道如何用已知的材料‘構建’地球；我們所知道的任何隕石混合物都無法再現地球的成分。”

來自水星和金星的樣本將如何幫助科學家們在未來幾年乃至幾十年的時間里更好地理解這些行星和整個太陽系的過去？這一切還有待時間揭曉，而這正是我們進行科學探索的原因！

一如既往，繼續探索科學，繼續仰望星空！

水星是離太陽最近的一顆行星，是一顆擁有稀薄大氣層的巖質行星。盡管它是太陽系中最小、質量最輕的行星，但其表面重力卻略高于火星。水星的表面與月球相似，不僅布滿了隕擊坑，還擁有逆沖斷層形成的大規模峭壁系統以及噴出物形成的明亮射線系統。它最大的隕擊坑——卡洛里平原，直徑達1550公里（960英里），約為水星直徑（4880公里或3030英里）的三分之一。作為運行軌跡最靠內的行星，它總是作為“晨星”或者“昏星”挨著太陽在天空中出現。在太陽系中，水星大多數時間是離其他所有行星最近的行星，同時也是需要最高變軌速度的行星。

參考資料：

[1] 天文學名詞查詢網：http://www.lamost.org/astrodict/index.php。

BY：universetoday,Laurence Tognetti

FY：Astronomical volunteer team

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