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【OSIRIS-REx任务新发现:小行星贝努表面热特性异常之谜获解】NASA O

【OSIRIS-REx任务新发现:小行星贝努表面热特性异常之谜获解】NASA OSIRIS-REx任务的最新研究成果揭示了小行星101955贝努(Bennu)表面热物理特性的形成机制。该发现解决了长期以来地面观测与实地探测数据之间的差异问题。2018年,OSIRIS-REx探测器抵达贝努后,任务团队发现该天体表面布满大型岩石碎块,呈现出高度不规则的崎岖地貌,与此前基于地基望远镜观测所预期的、存在大面积平滑细粒风化层的假设存在显著偏差。特别值得注意的是,2007年NASA斯皮策空间望远镜的红外观测数据显示贝努表面具有较低的热惯性,表明其表面物质应具备快速升温和冷却特性,类似于地球上的沙质海滩;然而,探测器实地观测发现的大量岩石碎块理论上应表现出类似混凝土的热惯性特征,即日落之后仍能长时间保持热量。这一矛盾构成了该任务早期阶段的核心科学问题。亚利桑那大学月球与行星实验室科学家安德鲁·瑞安(Andrew Ryan)领导的物理与热分析工作组,对OSIRIS-REx任务于2023年返回地球的贝努表面样品进行了多维度实验室分析。研究证实,贝努表面的岩石碎块确实具有较高的孔隙率,能够在一定程度上解释观测到的热损失现象,但尚不足以完全吻合斯皮策望远镜的测量数据。进一步分析表明,这些岩石内部普遍存在广泛的裂隙网络结构。为验证裂隙对热传导特性的影响,日本名古屋大学研究团队采用锁相热成像技术对样品进行了测试。该技术通过激光束照射样品表面微区,测量热量在岩石内部的扩散速率。实验结果显示,实验室样品的热惯性测量值显著高于探测器在轨测量数据,这一发现与日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)隼鸟2号任务团队对龙宫小行星(Ryugu)样品的分析结果具有高度一致性。NASA约翰逊航天中心天体材料研究与探索科学部(ARES)的研究人员采用X射线计算机断层扫描(XCT)技术,在氮气保护环境下对密封于气密容器中的样品进行了无损三维成像。该技术能够在不破坏样品原始状态的前提下,获取岩石颗粒的外部形貌与内部结构数据,并建立永久性三维数字档案。基于XCT扫描数据,研究团队构建了热流与热惯性参数的计算机仿真模型。将实验室尺度测量结果外推至探测器观测的岩石碎块尺度后,仿真结果与OSIRIS-REx在轨测量数据达成吻合。该研究修正了科学界对小行星表面结构的传统认知。此前科学家曾推测贝努表面的岩石可能呈现极端多孔、"蓬松"甚至海绵状的物理结构;而实际样品分析表明,裂隙网络的存在才是解释其热物理特性的关键因素。约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室科学家、论文第二作者罗恩·巴卢兹(Ron Ballouz)指出,此项工作建立了地基望远镜热特性观测与返回样品实验室分析之间的关联范式,为未来小行星探测任务的数据解译提供了重要参考。OSIRIS-REx任务是NASA新疆界计划(New Frontiers Program)的第三个任务,由NASA戈达德航天飞行中心负责总体任务管理、系统工程及安全与任务保障,洛克希德·马丁空间系统公司研制探测器并负责飞行操作,亚利桑那大学主导科学团队及观测规划。任务返回的样品现由约翰逊航天中心负责长期保存与分发研究。