天问二号探测器即将于5月29日从西昌卫星发射中心启程，踏上长达九年半的太空之旅。这也将是中国航天史上任务周期最长的一次任务。

5月18日，行星探测工程天问二号探测器在西昌卫星发射中心按计划完成技术区总装、测试、加注等工作后，顺利转入发射区。新华社图

天问二号计划通过一次发射完成多项探测任务，包括对小行星2016HO3进行伴飞、取样并返回地球，以及对主带彗星311P开展伴飞探测。

按国际天文学联合会（IAU）定义，这两个探测目标都属于“小天体”。所谓小天体，指围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的天体，包括小行星、彗星、流星，以及其它星际物质。其中，小行星指围绕太阳运行，体积和质量比行星和矮行星小，且不易释放出气体和尘埃的天体。主带彗星，又称活跃小行星，是一类特殊小天体，其轨道位于小行星带内，但表现出类似彗星的活动特征，释放气体或尘埃形成彗尾。

那么，此次任务中的两个目标小天体有何特殊？科学家为什么选择了它们？

地球的“准卫星”

“振荡的天体碎片”

小行星2016HO3，被认为是至今发现轨道最稳定的地球的“准卫星”。之所以被称为“准卫星”，源于其独步太阳系的轨道特性。

2016年4月26日，美国夏威夷Pan-STARRS巡天望远镜发现了2016HO3的踪迹。在夏威夷当地语中，2016HO3被称为Kamoʻoalewa，意为“振荡的天体碎片” 。

2016HO3和地球的轨道示意图。

2016HO3绕太阳公转周期为365.4天，与地球的365.25天几乎完全同步。经计算机模拟推测，在过去的一百年中，它与地球始终保持着轨道共振。这种被称为“准卫星”的轨道共振，使2016HO3与地球始终保持着微妙的距离：当它行至地球前方时，会被地球轻柔地推开；待地球向前运行时，它又悄然加速追赶，像是永不停歇的追逐游戏。最近时，它距地球1400万公里，相当于地月距离的38倍；最远时，两者距离可以达到4000万公里。这种轨道使其既不脱离地球引力影响，又不会真正成为地球卫星，形成类似马蹄形的环绕路径。

2016HO3每28分钟就可以完成一次自转，位列太阳系自转最快天体前十。它像一枚被宇宙之手抽打的陀螺，令人眩晕地疯狂旋转，使得其表面物质承受着巨大的离心力，表面引力仅为地球的百万分之一。

科学家推测，这颗直径约40～100米的天体，很有可能是某次远古撞击事件的抛射物。光谱分析显示，其可能含有金属与硅酸盐矿物，成分与月球岩石惊人地相似。有理论认为，45亿年前那颗撞击地球、催生月亮的忒伊亚行星，或许在碰撞瞬间也向宇宙抛撒了无数碎片，而2016HO3正是穿越时空而来的信使。

2016HO3像是一把开启宇宙奥秘的钥匙。作为太阳系的活化石，它记录了太阳系形成初期的原始信息，对于我们研究太阳系的起源和演化有着重要意义。

对于地月系的研究，2016HO3也提供了独特的视角。如果它真的来自月球，那么它身上就携带着月球早期历史的痕迹，研究它的轨道演化和物质组成，有助于我们深入了解地月系统在漫长岁月中的相互作用。

此外，2016HO3极端的自转速度和稳定的轨道特性，还将为我们研究小天体演化机制和小行星撞击预警提供新线索。

天问二号启程后，计划用2年半时间完成2016HO3的伴飞探测和取样返回。

由于地面观测数据尚无法确认小行星表面情况，因此研发团队设计了悬停、触碰、附着3种采样方式：若表面属“砂石堆”型松散结构则采用“触碰”采样，若为坚硬表面的风化层颗粒则采用 “悬停”采样，如果条件许可尝试“附着”采样，以获取更丰富的样品。

返回过程中，在接近地球时，天问二号的返回舱将和主探测器分离；之后返回舱将回到地球，而主探测器将通过地球借力，继续飞行至主带彗星311P开展科学探测。

值得一提的是，此次任务将实现我国首次超第二宇宙速度地球再入。返回舱与主探测器分离后，将以12km/s的速度弹道式再入大气，需承受12MW/㎡的最大热流，以及315MJ/㎡的最大加热量，并在约2马赫的速度下开伞，对返回舱的防热、隔热、结构强度以及气动过程的稳定性等设计，均大大超过以往任务的要求。为此，研发团队设计了“球锥大底+单锥后体”构型，以满足地球大气再入过程的减速阻力、飞行稳定性、气动加热等约束。

天问二号任务飞行流程示意图。

彗星为何身处小行星带？

这里会有大量水冰吗？

主带彗星311P是小行星带中的异类。在火星与木星之间的小行星带中，数以百万计的小天体都可归类于小行星。而311P既像小行星般沿固定轨道行进，又像彗星一样喷发尘埃。

2013年，美国Pan-STARRS望远镜在火星与木星轨道之间的主小行星带内发现了一颗身后拖着多条尘埃尾、外观和彗星十分相似的小天体，这在干燥的小行星带中极为罕见。后经进一步细致观测，证实它不仅拥有小行星的稳定轨道，还持续释放尘埃，最终被归类为主带彗星，并命名为311P，成为人类确认的第七颗主带彗星，也是迄今为止形态最奇特的一颗。

主带彗星311P位于小行星带内侧，距太阳约3.15亿公里，距离地球最近的时候约有1.3亿公里。2013年观测显示，311P尘埃喷发至少持续了五个月，每次喷发如同喷泉涌出，将上万吨尘埃送入宇宙。这些尘埃在太阳风吹拂下，逐渐展开成六条螺旋状尾迹，让311P像一架转动的宇宙风车。

2013年主带彗星311P的影像，可见六条彗尾。

传统理论认为，彗星一般来自太阳系边缘的柯伊伯带或奥尔特星云，储存着大量的冰。当它们靠近太阳时，内部冰物质受热蒸发，可以形成壮丽的彗尾。但311P却定居在小行星带，这里过于靠近太阳，阳光辐射强，过于干燥炎热，被普遍认为难以保留水冰等挥发性物质。 311P的出现，打破了天文学家的固有认知，给人类抛出了数个未解之谜：尘埃中是否含有水分子？它的喷发能量从何而来？六尾结构如何维持稳定？这类富含水冰的天体是否普遍存在？如果小行星带中真的存在水冰，地球海洋的起源是否需要重新审视？这些疑问让311P成为了行星科学界的焦点。

科学家希望，天问二号此行能够回答主带彗星的起源和形成、主带彗星气体活动机制、非活跃期主带彗星的特性等问题。

南方+记者 王诗堃 徐勉

【作者】 王诗堃；徐勉

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