地外天体采样办法总比困难多

常飞

最近，据国外媒体报道，美国“毅力号”火星车钻探样品没有成功。那人类为什么要到外星上采样？采样方法有哪些呢？让我们来了解一下吧！

为什么要到外星上采样

采样返回是指从地球以外的某个地点获得样本，送回地球进行分析。样品范围很宽，可能只有原子和分子，也可以是松散的行星物质，比如土壤、岩石之类的沉积物。

地外天体采样返回是人类零距离了解宇宙的重要手段。无人探测器上无法携带完善的实验分析设备，人不在场，也无法对样品进行机智灵活的分析。所以，能够采样返回，当然是再好不过了。如果今后要从事月球、火星和小行星资源开发乃至移民，采样返回工作将是一个不可或缺的阶段。

到目前为止，人类研究太阳系的日常手段还是望远镜，那些行星、小行星和彗星探测器，不但数量太少，而且所能携带的仪器数量太少。特别是很多大型科学仪器，目前还没有办法装上探测器发射到宇宙中。如果把样品拿回地球，就可以随时用新的实验分析方法处理，也可以用来判断和比对望远镜观察的结果。

生命起源一直是科学界的研究重点。在彗星、小行星、火星或气态巨行星卫星上，是不是存在生命的组成部分，望远镜是很难判定的。探测器着陆或许能解答这个问题的一部分，但是要想得到完整答案，还是需要把样品带回地球才可以。

到目前为止，人类一共发明过3种采样返回方式，分别是直接挖、枪炮轰和迎风捞。

如果用另一种方式来分析，采样返回可以分两种：人采和机采。人采案例迄今为止只有美国的阿波罗计划月球采样。其他的采样活动都是用机器人实施的，采样对象包括月球、小行星和彗星。对于火星，目前人类还只做到了采样，没能实现返回。

直接抓：效果棒棒哒

用人类的手直接抓是效果最好的采样手段。当然，这就先要解决怎么把人类送上天体，再送回地球的问题，难度是尽人皆知的。

迄今为止，唯一实现了人手直接抓的采样就是阿波罗计划。其中，“阿波罗17号”取回110.4千克，这也是迄今为止地外天体采样的最高纪录。

要是解决不了送人类上天体的技术，那当然就要靠机械了。然而事实证明，机械的难度比载人没有差太多，而且采样的数量也比较少。

第一次实现机器人采样返回成功的，是苏联的“月球16号”，但在此前的8次月球采样返回任务全部失败。“月球16号”采样返回样品101克，恐怕还没有航天员捡到的石头重量大。

此后，苏联“月球20号”带回样品55克，“月球24号”带回样品170克。苏联时代的月球采样返回活动到此为止。目前，俄罗斯正在筹备“月球25号”采样返回任务，因为技术复杂、事关重大，已经推迟了好几次。

世界上第二个实现机器人采样成功的国家，就是中国了。“嫦娥五号”不但成功取回了月球岩土样本，还创造了机器人采样的样品重量记录——接近2千克。

美国奥巴马政府期间，一度考虑对小行星进行采样，也就是著名的小行星重新定向计划。当时考虑抓一颗小行星进入环月飞行的轨道，然后派航天员前去采样。随着奥巴马政府的卸任，这个项目也就不了了之。

目前，还有一个机器人采样项目正在执行当中——美国“奥西里斯-雷克斯”探测器对贝努小行星实施的采样。采样工作已经在2020年10月完成。据悉，因为贝努的地质比想象中更疏松，采样数量超过了预期。按照飞行计划，“奥西里斯-雷克斯”将在2023年返回地球。

枪炮轰：硬碰硬的方法

枪炮轰的办法只有日本用过，也就是“隼鸟号”和“隼鸟2号”的两次探测任务，第一次用的是“枪”，第二次用的是“炮”。

采用这样的采样手段，是因为日本宇宙航空机构选择的采样对象都是质地坚硬的小行星。如果是在月球或者火星上，就可以让探测器著陆并站稳之后，用钻头取样。然而小行星的引力很弱，探测器根本站立不稳，不能对表面形成压力，也就无从钻探。所以日本采取的方法是发射高速弹丸，把小行星表面打碎，然后探测器立刻下降，收集溅起来的碎石子和尘土。

“隼鸟号”轰击“丝川”小行星并采样返回后，人们目测返回舱里什么都没有，一度以为采样失败了。但是经过显微镜检查，发现舱壁上有1500颗尘埃，作为一次飞行长达20亿千米的任务，这已经算是很大的成功了。

“隼鸟2号”比“隼鸟号”更进了一步。它携带了一枚爆炸成型弹丸前往“龙宫”小行星。这种弹丸一般用在反坦克导弹上。它引爆后，爆轰波把药型罩挤压成一枚形如穿甲弹芯的飞行体，直接轰碎了“龙宫”的表面。之后，该探测器的下降采样过程比较顺利。返回舱在2020年12月降落在澳大利亚，拆箱后得到了5.4克样品，也算是一次成功的采样返回任务。

迎风捞：能捞多少算多少

迎风捞的方式一般用来采集太阳风、彗星尾部之类的稀疏天体样品。其中比较著名的就是美国宇航局的“星尘号”，它的探测对象是“怀尔德2号”彗星。

人们虽然可以从望远镜看到彗尾，但它比大气稀疏得多，要想从中获得足够样本，难度相当大。特别是彗星和探测器的相对速度很高，如果让彗尾粒子硬撞在采样器上，可能会导致粒子被破坏而失去科学价值。

所以，“星尘号”采用了特殊的低密度气凝胶收集器阵列，密度只有玻璃的1/1000。即使这么小心翼翼，“星尘号”也不过收集到了7颗粒子，珍贵程度可想而知。

目前，地外采样返回的焦点还是火星。除了“毅力号”，俄罗斯、中国都规划了火星采样任务。虽然路途遥远，但火星采样将是火星工厂、火星城市、火星农场的第一步。让我们拭目以待吧！