有了Psyche，前往古老小行星的旅程即将开始

如果一切顺利，与麻省理工学院有广泛联系的NASA任务将很快前往金属世界。

Psyche是一艘面包车大小的航天器，带有类似机翼的太阳能电池板，计划于美国东部时间明天上午10：16在SpaceX Falcon Heavy火箭上发射。Psyche的目的地是一颗同名的土豆形小行星，它在火星和木星之间的主要小行星带内绕太阳运行。

天文学家怀疑，小行星Psyche的大小与马萨诸塞州相当，主要由金属制成。如果是这样的话，这颗小行星可能是一颗早期婴儿行星的暴露核心，它可能为地球自身富含金属的核心提供线索。

“这是一个难题。你不仅要弄清楚这些碎片是如何组合在一起的，而且你必须弄清楚这些碎片是什么，“麻省理工学院研究科学家朱迪·里姆（Jodie Ream）说，他帮助设计了磁力计。

从美国宇航局肯尼迪航天中心发射后，Psyche任务将开始为期六年的星际之旅。2026年，航天器将接近火星，火星的引力将弹弓将航天器弹弓到小行星上。该任务将在2029年的某个时候抵达Psyche，在那里它将花费另外26个月的时间绕太空岩石运行和测量，分析其表面成分，绘制其重力，并测量它可能拥有的任何磁场。

麻省理工学院的科学家正在领导Psyche的磁场和重力研究。而且，整个任务的历史可以追溯到麻省理工学院。Psyche的首席研究员是麻省理工学院校友和前教授Lindy Elkins-Tanton ‘ 87，SM ‘ 87，PhD ‘ 02，现在是亚利桑那州立大学的教授，而其副首席研究员是麻省理工学院行星科学教授Benjamin Weiss。作为任务PI，Elkins-Tanton也是ASU星际计划的副总裁，她正在领导一个团队，其中包括麻省理工学院的长期同事，首次执行金属世界的任务。

“能够对一种新的世界进行根本性的探索是一种兴奋和特权，超出了我一生的设想，”埃尔金斯-坦顿说。“但它最好的部分是帮助创建和支持一个庞大的团队，他们都一起踏上了这段旅程。

磁力矩

科学家推测，Psyche可能代表了行星发展受阻的一个案例。大约45亿年前，当地球和其他岩石行星继续在其富含金属的核心周围积累物质时，Psyche可能已经过早地结束了，遭受了多次碰撞，吹掉了岩石表面，留下了一个裸露的金属核心。科学家们认为，这个核心可以保留也形成地球中心的元素。

“这将是我们第一次向一个主要不是岩石或冰，而是金属的物体发送任务，”韦斯说。“这颗小行星不仅可能是一个金属世界，而且小行星是行星的组成部分。所以Psyche可以告诉我们一些关于行星如何形成的事情。

探索像Psyche这样的小行星的任务的种子是在2010年Weiss和Elkins-Tanton在麻省理工学院的一次偶然对话中播下的。当时，埃尔金斯-坦顿是麻省理工学院地球、大气和行星科学系的教授，刚刚完成了当天的教学。

“当她经过我的办公室时，我说，’嘿，你有一分钟吗？’”韦斯回忆道。

Weiss正在研究Allende的样本，这是一颗陨石，于1969年作为碎片雨落入地球。这些样品似乎被磁化了，但奇怪的是没有熔化。Weiss想知道这样的物体是如何被磁化的，而没有任何通常在太空中产生磁场的熔化和搅动的迹象。

埃尔金斯-坦顿刚刚讲授了熔化核心和行星形成的话题，他提出了一个想法：当一颗行星第一次形成时，它只不过是未融化的岩石和尘埃的积累。随着更多的物质撞击婴儿星球，碰撞挤压了最内层的区域，产生了一个融化的、翻腾的核心，周围环绕着未融化的物质。熔融的漩涡核心可以旋转磁场，可以在行星的外层未熔化层上留下印记。

也许，两人意识到，阿连德的磁化，未熔化的碎片来自行星或早期行星的外层，那里有一个熔化的磁性核心。如果是这样的话，那么也许其他陨石碎片也是早期分化行星的残余物。

“听到本谈论他在阿连德陨石中令人震惊的磁性发现，然后立即拥有可能导致这种情况的物理和化学形成的心理模型，这只是一个纯粹的喜悦时刻，”埃尔金斯 – 坦顿谈到他们的实现。

她和Weiss在2011年的两篇论文中写下了他们的想法。然后，工程师们来敲门。

“林迪接到了JPL（美国宇航局喷气推进实验室）的电话，”韦斯说。“他们读了报纸并说，’这真的很酷。有没有办法测试这个想法，你可以部分融化物体，并磁化陨石？”

这个电话引发了一系列的头脑风暴，最终发展成为一个任务概念：派遣一艘宇宙飞船探索一个古老的行星核心。他们意识到，小行星Psyche是他们最好的镜头，因为它离地球相对较近，并且显示出富含金属，类似核心的内容的迹象。

小行星的领域

2017年，该团队提出的Psyche任务提案作为NASA发现计划的一部分获得批准。后来搬到亚利桑那州立大学的埃尔金斯-坦顿成为任务负责人，而韦斯;Maria Zuber，麻省理工学院E.A.格里斯沃尔德地球物理学教授兼研究副总裁;麻省理工学院的其他人加入了该任务的科学团队。JPL的科学家和工程师一起规划了航天器所需的硬件，以确定Psyche是否是富含金属的核心。

他们决定使用三种仪器：一种磁力计，它将寻找可能印在Psyche表面层的古老磁场的迹象;一对相机，可以拍摄图像并发现Psyche表面上的任何金属视觉迹象;以及伽马射线和中子光谱仪，用于测量小行星发射的中子和伽马射线。这些测量可以告诉科学家其表面是否以及哪些金属元素。

该航天器还将携带一个通信系统，该系统主要用于以无线电波的形式发送数据和接收命令。由Zuber领导的科学团队也将使用该系统进行重力研究。该团队将分析航天器绕小行星运行时的无线电波，以了解它们和航天器如何受到小行星引力的影响。这些分析将帮助科学家绘制Psyche的重力场图，然后可以确定小行星的质量以及质量由金属组成的可能性。

磁力计调查由Weiss领导，并涉及麻省理工学院的其他人。该仪器由丹麦技术大学的研究人员设计和制造。该团队与JPL工程师合作改进了磁力计的设计，该设计由安装在手臂状吊杆上的两个传感器组成 – 这种配置将帮助仪器在航天器，太阳能电池板和周围环境的“噪音”中拾取来自小行星本身的任何磁信号。

为了解释磁力计从Psyche拾取的任何磁场，麻省理工学院的研究小组开发了一个模拟磁场模式的“库”。

“太空充满了来自行星，我们自己的太阳和太阳风的磁场，”麻省理工学院研究科学家Rona Oran说。“我们的模拟库将允许我们检查不同的场景，这样当我们到达Psyche时，我们将使用这些工具来推导出小行星的实际真实场。

事实上，该团队将有很多机会完善图书馆，以及他们对航天器周围磁场的理解，因为它正在前往小行星。Psyche发射后不久，工程师将打开磁力计，然后在整个旅程中连续测量航天器周围的磁场。这些数据将定期下行链接到JPL，并传输到麻省理工学院的两个数据处理中心，Oran，Weiss和其他人将使用这些数据来磨练他们对小行星周围可能发现的东西的理解。

“这是我们小组第一次领导对航天器的科学调查，”Weiss说。“一旦任务启动，我们就处于运行这个的热点位置。这是一项重大责任，也令人难以置信地兴奋。