北京時間今天（5月29日）凌晨1時31分，西昌衛星發射中心，長征三號乙運載火箭噴薄出熾熱的火焰，載著萬眾矚目的天問二號探測器拔地而起，精準地奔赴那片廣袤無垠的太空。

天問二號發射升空瞬間 | 逆飛流星-Alight

這不僅僅是一次成功的發射，更是一場史詩級星際“大冒險”的啟程 —— 一場預計長達10年的深空探索之旅，已經正式拉開序幕！

長三乙火箭整流罩上印著天問系列工程官方標識 | CALT

“天問”，這個充滿詩意與探索精神的名字，是中國行星探測系列任務的名稱。在天問一號成功抵達火星，完成環繞、著陸和巡視探測之后，“天問”系列的第二位成員——天問二號，將目光投向了太陽系里的小天體。

天問二號發射任務徽章 | CALT

它將首先飛向近地小行星2016 HO3，不是簡單的“路過”，而是要繞著它飛、近距離觀察，并挑戰一項高難度動作——采集它的表面樣本，并把這些珍貴的“宇宙快遞”送回地球。

而在完成小行星采樣后，天問二號將繼續長途跋涉，去探訪一顆名為311P的主帶彗星。這顆彗星以其奇特的形態吸引著科學家的目光，我們將有機會近距離一睹它的真容。

天問二號發射海報 | 天問二吃小行星探測器官博

地球的“影子舞伴”

天問二號要拜訪的這位 2016 HO3，究竟是何方神圣呢？

它是個頗為特殊的小行星。2016年4月27日，位于美國夏威夷的泛星計劃（PanSTARRS）望遠鏡發現了它。根據亮度估計，它的直徑為40-100米，自轉周期只有約28分鐘，躋身太陽系自轉最快的十大天體行列。

小行星2016 HO3示意圖 | Mark A. Garlick, Space-art.co.uk / University of Warwick / University of Cambridge

但比起快速轉圈圈，這塊“大石頭”的軌道更令人印象深刻。

它像其他小行星一樣，也環繞太陽運行，而軌道半長徑為1.00天文單位，公轉周期為365.77 天。有沒有覺得很眼熟？怎么跟咱們地球差不多呀？沒錯，乍一看會以為它在和地球“搶跑道”。

但它的“跑道”和地球的又不完全一樣。2016 HO3的軌道略扁一些，偏心率為 0.10，還“歪”了一點，相對于黃道存在8° 左右的傾角。正是這一點點的不同，造就了一個奇妙的現象：它雖然繞著太陽跑，但始終和地球若即若離，從來不曾遠離我們，好像是地球的伴侶。

2016 HO3 軌道示意圖 | NASA

從地球上看出去，它好像在圍繞地球轉圈圈，但是與地球的衛星月球又不同。月球圍繞地球的“腰”轉圈圈，而2016 HO3是繞著地球上下轉圈圈，約45年完成“一圈”。因此，天文學家稱它地球的“準衛星”（quasi-satellite）。

由于發現它的泛星計劃設在夏威夷，天文學家用一個夏威夷土著語Kamo?oalewa 給它命名。Kamo?o 指“碎片”，lewa意思是“震蕩”，含義是“繞著地球震蕩的小碎片”。有人暫時把它譯作“震蕩天星”，因為還沒有官方標準譯名。

說起來，地球的準衛星不止2016 HO3一個。20年前發現的2003 YN107 軌道也很特別，公轉周期也是一年左右，在 1997 年至 2006 年期間，它與地球保持在 0.1 天文單位（1500萬公里）范圍內，并且一度看上去似乎在緩慢地繞地球運行。然而它并未被地球引力牽絆，最后還是離開了地球。

1600年-2500年小行星2016 HO3 相對于太陽與地球運動軌道的模擬動畫 | Wikipedia

2016 HO3 的情況就完全不同了，計算機模擬顯示，它陪伴地球已經至少一個世紀了，和地球的距離始終保持在30~100倍地月距離（約1400萬公里~4000萬公里），最近的時候發生在1923年12月27日，距離為 1244萬公里。這種情況將持續到24世紀，隨后切換到一條馬鞍形軌道，過一陣子又將切換到“準衛星”軌道。

這就是所謂的“軌道共振”，是太陽和地球引力共同作用的結果，這讓2016 HO3 成為迄今為止發現的最穩定的地球準衛星——既無法完全擺脫地球引力的影響，又無法真正成為地球的衛星。

月球碎片？

地球的這個神秘的“舞伴”， 究竟是從哪里來的呢？這是個有意思的話題。

在太陽系中，有一條“小行星高速公路” ——位于火星與木星之間，那里運行在著數百萬顆小行星，我們稱之為小行星主帶，與太陽的平均距離約 2.8 天文單位。

太陽系的大多數小行星都運行在火星軌道和木星軌道之間的小行星主帶中 | NASA/McREL

然而有些小行星“并不安分”，近日點位于地球軌道附近，甚至跑到地球軌道內側。我們把近日點小于1.3 天文單位的小行星稱為近地小行星。

研究認為，它們大多是受到大行星的引力干擾，在漫長的演化過程中軌道發生了變化，從小行星主帶遷移到地球附近。截至2024年底，人類已經發現37000多顆近地小行星。

2016 HO3是否也是這種小行星“移民”中的一員呢？

四類近地小行星軌道 | Wikipedia

比較常見的近地小行星有四類。不過我們發現 2016 HO3 的軌道與它們都有不小的差異。于是天文學家有了另一個大膽的猜測——2016 HO3是從月球身上撞出來的！

天文學家利用它靠近地球的機會對它進行了光譜分析，驚奇地發現它的成分與阿波羅登月樣本很相似。

小行星本身不發光，只能反射太陽光，而小行星上塵埃顆粒的大小分布會影響陽光反射率，小行星物質的不同化學成分會吸收特定波長的陽光，因此對小行星的反射光譜進行分析就可以間接地知道其表面物質組成與結構特征。

天文學家利用地面大型望遠鏡對 2016 HO3可見光波段和紅外波段的光譜做了細致分析，發現它主要由硅酸鹽組成，屬于石質小行星（S型）。更進一步，在紅外波段的光譜特征顯示，它與阿波羅月球巖石樣品高度相似。

因此，有人猜測它可能來自月球，在很久很久以前的一次撞擊事件中，從月球上分離出來，成為一顆環繞太陽運行的小行星，并在長期的演化過程中，被地球引力約束，最終達到現在的共振狀態。

2016 HO3 小行星光譜與阿波羅月球樣本相符 | Benjamin N. L. Sharkey et al. (2021)

清華大學航天航空學院教授寶音課題組結合撞擊動力學結論和月表撞擊坑數據，建立了月球撞擊產生的高速逃逸碎片和撞擊坑尺寸間的定量關系，認為2016 HO3 的故鄉是位于月球背面直徑為 22 公里的一座年輕的環形山——焦爾達諾·布魯諾環形山（Giordano Bruno crater）。

2016 HO3 究竟是不是月球失散多年的“兄弟”呢？毫無疑問，最好的辦法就是取一些樣品回來分析分析。

焦爾達諾·布魯諾環形山 | NASA

首次挑戰小行星軟著陸

截至目前，人類總共有過三次小行星的采樣返回任務，分別是日本的隼鳥號（Hayabusa）和隼鳥2號（Hayabusa2），以及美國的奧西里斯王號（OSIRIS-REx）。

2003年升空的隼鳥號，開了小行星采樣的先河，但是該任務總體上卻由于種種原因并不成功，最終只收集到探測器觸碰到25143號小行星糸川表面時揚起的1500個“微粒”。

2014年的隼鳥2號更為成熟。它向小行星龍宮釋放了一顆金屬子彈，撞擊小行星表面形成直徑約10米的彈坑，通過機械臂上的采集器，獲得了5.4克小行星樣品。2022年6月，日本文部科學省稱，科學家在其樣本中檢測到20多種氨基酸，這對理解生命在宇宙中的起源與演化有著重要意義。

日本隼鳥二號探測器效果圖

2016年升空的NASA奧西里斯王號探測器取得了空前的成功。原計劃獲取60克樣品，最終獲得了121.6克，遠超預期。它通過3.35米長的采樣機械臂，在觸碰小行星貝努表面的一剎那，向小行星表面吹出氮氣，將塵埃和碎屑吹到兩側容器中。

它們都有一個共同點：采用的都是“蜻蜓點水”的采樣方式——探測器像一只勇敢的鳥兒，小心翼翼地觸碰一下小行星表面，迅速抓一把（或吹一把）就走，全程只有幾秒鐘。

奧西里斯王號探測器觸碰式采樣 | 圖源：NASA

為什么這么“匆忙”？因為小行星采樣，實在是太難了！

首先，小行星的個頭比較小，引力極其微弱，但又不能完全忽略。

前面所提到的幾個小行星，糸川的平均半徑約313米，龍宮的平均半徑約448米，貝努的平均半徑約245米，質量最大的龍宮也不過是4.5×1011kg，是月球的1600億分之一，是太陽系最大小行星灶神星的5.7億分之一。

相比之下，2016 HO3 的直徑估計只有40多米，質量還要小很多。據推測，2016 HO3 的重力加速度僅為地球百萬分之一的水平。

因此，探測這種小行星，根本無法做到引力俘獲，只能是先伴飛，然后緩慢降低高度，小心翼翼地觸碰。一旦速度控制不好，探測器會立刻被彈飛出去。

隼鳥號采樣的小行星糸川（左）和隼鳥2號采樣的小行星龍宮（右），天問二號要去的2016 HO3 比它們都小 | JAXA

第二，對目標天體的具體情況知之甚少。

絕大多數小行星都太小太暗，在多數情況下無法直接觀測到。即便能拍到照片，它們也只是一個很不起眼的小點。

到目前為止，我們對2016 HO3 大小、形狀、密度、質量、結構等一概不知。就連對它的尺寸的估計，也只是來自亮度的測定，再假定一個反照率得出的推測。在相同亮度情況下，如果小行星的金屬含量高一點，反照率就會高，那么相應的尺寸就小一些。如果它含碳量大一些，反照率就偏低，如果要有相同的亮度，自然就需要有更大的尺寸。

在這種未知因素較多的情況下，空間探測風險是很大的。

天問二號任務流程示意圖，圖中小行星的模樣完全是猜測，具體情況我們暫時還一無所知 | 中國國家航天局探月與航天工程中心

第三，不知道小行星表面合適采樣點在哪里。

因為小行星質量很小，而且有可能本身就是天體撞擊出來的碎片，它并沒有經歷過地質演化過程，看上去不過是由許許多多碎石捏在一起的大石堆，其表面可能非常粗糙，到處都是碎石溝壑，很難找到一塊平坦的著陸區。在隼鳥號探訪糸川的時候，就遭遇了這種情況。

嫦娥五號和嫦娥六號在月球采樣前，我們已經有了幾個候選著陸區和著陸點，并提前掌握了高精度三維地形，足以確保著陸器安全落月。然而小行星2016 HO3 給我們出的難題是，直到現在我們都沒有它的影像，也沒有地圖，更沒有所謂候選著陸點了。一切都只能“到那兒再說”。

隼鳥2號在小行星龍宮上采樣的過程 | JAXA

第四，距離遠，測控精度要求高。

雖說是近地小行星，但2016 HO3與地球的距離也在1200萬公里以上，小行星的個頭也小，探測器的信號也弱，要對它進行測定軌是極為困難的。

遙遠的距離還增加了通信的延時，完全依賴于地面的遙控是不現實的，因此必須提高探測器本身的智能化水平。

2016 HO3尚且如此，主帶彗星311P 就更為遙遠了，需要追求更高的測控精度。

面對這些挑戰，天問二號準備了一套“組合拳” 。

發射后用1年時間飛抵目標小行星附近，隨后遵循“邊飛行、邊探測、邊制訂”的策略，再花1年左右的時間對其進行近距探測，獲得高分辨率的探測數據，包括建立小行星的高精度三維模型（至少是米級）、熱模型等。然后通過層層篩選確定采樣區，并制定相應的采樣策略。就像一些選拔活動，15進8，8進3，最后3選1。

天問二號飛行過程示意圖 | 余后滿等.（2021）

除了國際上已經被證明切實可行的觸碰采樣方式外，天問二號還開創性地設計了懸停采樣模式和附著采樣模式，計劃采集超過100克的小行星樣品。

觸碰采樣和懸停采樣都屬于短時采樣，主要針對“砂石堆”型松散結構。

觸碰采樣對采樣區域面積要求較小，相對安全性也高。天問二號攜帶一個激勵采樣與送樣一體化機構，通過毛刷掛掃方式和氣吹方式，將不大于20mm的樣品送入容器進行收納密封。

懸停采樣可以有效處理堅硬表面的風化層顆粒，令探測器下降到距小行星表面約1米高度時懸停，伸出機械臂，將端頭插入小行星表面，采集表層風化物顆粒。

附著采樣也被稱為錨定采樣，是天問二號的亮點之一，這也將成為國際上首次在小行星上實施附著采樣。全過程將通過附著裝置、采樣裝置、送樣裝置等共同實現。

天問二號任務簡介 | CGTN

整個小行星采樣過程可以分為9個階段，包括：運載發射、小行星轉移、小行星接近、小行星交會、小行星近距探測、小行星采樣、返回等待、返回轉移、再入回收。

在綜合考慮重量、功率、飛行時間等約束條件后，天問二號探測器選擇了高比沖離子電推進系統，以達到節省燃料、高精度推力控制與姿態控制等效果。為了確保穩穩站上小行星，探測器頂部還裝有額外的發動機，以增加“下壓力”。

更長遠的目標

你以為帶回 2016 HO3的樣本就是任務的終點了嗎？不，天問二號的雄心不止于此！

在完成小行星采樣、釋放返回艙后，探測器本身將繼續踏上長達約7年的漫漫征途，去探訪另一位神秘的天體——主帶彗星 311P。

311P 也是個“怪咖”，2013年才被發現，運行在小行星主帶之中。一開始，人們就覺得它似乎長著好幾條尾巴。進一步的觀測確定，它在持續揮發，擁有多達6條塵埃尾，最終被歸為主帶彗星，也成為迄今為止形態最奇特的一顆。

哈勃望遠鏡觀測到了擁有六條彗尾的311P | 圖源：ESA/Hubble

為什么說它“格格不入”呢？因為傳統理論認為，彗星大多來自于太陽系靠外側的柯伊伯帶或邊緣位置的奧爾特星云，因為那里足夠寒冷，能儲存著大量的冰和易揮發的成分。當它們靠近太陽時，受太陽輻照影響，內部物質蒸發才會形成壯觀的彗尾。

但小行星主帶位于火星和木星之間，離太陽相對較近，處在所謂的“雪線”以內。按理說，這個區域早就應該被太陽的熱量“吹干”了，水冰等揮發物很難長期存在。

那么，311P 為什么還能有那么強大而穩定的噴發現象呢？這是天問二號要去揭開的又一個謎題。

天問二號卡通形象 | 中國航天科技集團

為了完成這些艱巨而又迷人的任務，天問二號攜帶了一整套“豪華”的科學儀器。

除了采樣設備，它還有能看清細節的多光譜相機、能遙測地形的探測雷達、能感知溫度的熱輻射光譜儀、能分析成分的可見紅外光譜儀，還有能“聞”到周圍粒子的帶電粒子與中性粒子分析儀和噴發物分析儀等等，總共十多種科學載荷。

它們將對 2016 HO3 和 311P 進行全方位、深入的探測。

天問二號探測器示意圖 | 中國國家航天局

中國的小行星探測雖然起步晚，但我們的起點一點兒也不低。天問二號任務復雜度高、難度大、創新性強，直接瞄準了行星科學和太陽系演化這些前沿科學難題。

從嫦娥五號、六號成功實現月球采樣返回，到天問一號成功探火，再到今天天問二號啟程探索小行星與彗星——我們一步一個腳印，不斷積累著行星際探測和地外天體采樣的寶貴經驗。這些經驗，將為我們未來的夢想鋪平道路，比如天問三號——親手從火星上，帶回那神秘而醉人的一抔紅土！

這是天問一號送上火星的祝融號火星車，而天問三號任務的目標是去火星上采集樣品再送回地球 | CNSA

但此刻，所有的目光聚焦在天問二號這位剛剛起航的“新兵”身上。

從地球出發，它將跨越千萬公里，挑戰極弱引力下的精準采樣，解開神秘小行星的身世謎團；再向更遠處飛去，直面一顆行為異常的“怪彗星”，尋找太陽系演化的更多線索。

這不是一項孤立的任務，它承載著中國行星探測的新一次躍升。它將是我們首次對地球準衛星進行實地調查 ，也是首次在國際上嘗試附著式采樣技術。一次發射，兩次探測，多個“第一次”，都寫在“天問二號”的航程之上。

這是天問之名的真正含義：不斷發問，不斷邁向更遠的未知。

而這場天問，才剛剛開始。

參考文獻

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[5] 李明濤. 地球“小月亮”的身世之謎 (https://kepu.gmw.cn/astro/2021-11/17/content_35317229.htm)

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[7] Yifei Jiao et al. Asteroid Kamo‘oalewa’s Journey from the Lunar Giordano Bruno Crater to Earth 1:1 Resonance, Nature Astronomy volume 8, pages: 819–826 (2024)

作者：水兄

編輯：Steed

封面圖來源：CGTN

一個AI

我們對宇宙問了這么多問題，其實宇宙一個也沒回答，全是咱們自己跑老遠去找答案——

這像不像你跟你老板提需求的樣子？