叮咚！太空岩石歡樂送！
研究外太空天體的岩石最簡單、粗暴的方法，就是去到外太空，將天體上的岩石「外帶」回來地球上分析，這類型的任務稱為「採樣返回 (Sample-return)」。人類目前已經成功從月球、小行星上外帶回岩石樣本，甚至還從太空環境中裝了看不見的粒子回來分析。這些樣本除了讓科學家得以直接瞭解天體的組成，還有機會讓人類更加接近生命起源之謎。
撰文｜許世穎
月球「採樣返回」任務：真人與機器
要怎麼研究外太空天體的岩石成分呢？最簡單、粗暴的方法，就是去外太空，並將天體上的岩石外帶回來地球上分析，這類型的任務稱為「採樣返回 (Sample-return)」。
1969年的阿波羅11號是首次人類登陸月球的任務，也是史上第一次成功從太空中外帶岩石樣本的任務。出國玩總是要帶點紀念品回來，更何況是人類首次登陸月球呢？
由於太空衣的限制，太空人並不好活動（想像一下米其林彎腰撿東西就懂啦～），因此出現了許多不同的採集工具（圖1）。比方說，太空人會用長夾子，像夾垃圾一樣地採集小石頭。還會用刮勺、釘耙等工具，像拿著一隻超長的冰淇淋勺一樣，將月表泥土刮起來採集。遇到比較大顆的石頭，還會用錘子打碎再帶回。
如果想要知道比較深層的成分，太空人會拿一個中空的管子插入月球表面，並用錘子把管子敲進土裡。就好像我們拿吸管插入冰沙裡面再抽出來一樣，當這根管子拔起來以後，裡面就會裝入滿滿的月球土壤。
阿波羅11號總計帶了22公斤的樣本回到地球，包含了數十顆小石頭、一些泥土碎屑，以及插入地面蒐集底下岩土的管子。美國後續的載人登月任務又帶回了許多的岩石樣本，最後一共帶回了約382公斤的月球岩石（圖2）。
除了派真人去太空外帶岩石回來以外，另一種方法就是派遣太空船、探測車、登陸艇等採集器，並在完成後把太空岩石運回地球。這種方法總體說來風險更小、成本也更低。最早的一次成功案例，是1970年蘇聯的「月球16號（Luna 16，圖3）」。月球16號就像一隻蚊子，飛到月球上以後，伸出一支像釣竿一樣的鑽頭，鑽入月球表面並採集岩石，最後再回到地球。蘇聯在1970至1976年間的三次任務中，總共帶回了約300多公克的岩石樣本。
隨著冷戰及太空競賽的落幕，人類採樣月球岩石的活動暫時停歇。直到2000年，中國的「嫦娥5號 (Chang'e 5)」也成功從月球上採集了1700多公克的月岩樣本回到地球。目前也就只有美國、蘇聯、中國成功從月球上帶回岩石樣本。
輪到小行星了！
月球不是唯一一個人類採集岩石的對象，日本在2003年時發射了「隼鳥號（はやぶさ）」，目標是採集「小行星25143」的岩石樣本帶回來研究。這顆小行星後來以日本火箭科學之父「絲川英夫（日：糸川英夫）」命名為「絲川（日：糸川；英：Itokawa）」。「小行星絲川」外型像一顆花生（圖4），被認為是一顆有可能撞擊地球的「潛在威脅天體 (Potentially hazardous object)」。
「隼鳥號」的目標是朝向小行星發射高速子彈，並在收集彈出來的碎岩後回到地球。雖然由於故障，任務並沒有完美執行，不過「隼鳥號」仍然收集到小行星表面的一些粉塵（少於1公克），達成了人類史上第一次從小行星上採集到樣本的紀錄。
後來的「隼鳥2號（はやぶさ-2，圖5）」改以另一顆小行星為目標：「小行星162173」，後來這顆被命名為「龍宮 (Ryugu)」的小行星，同樣也是一顆「潛在威脅天體」。
「隼鳥2號」在2014年發射升空，先是繞行小行星龍宮進行初步的研究，接著丟下一個像盒子一樣的探測器到小行星上表面，像盒子一樣的探測器甚至還能自己移動到不同位置探測。在瞭解了表面的環境以後，「隼鳥2號」就朝向小行星發射子彈，並且成功降落採集。最後在2020年如同前輩一樣，在重返地球大氣層時回收艙分離。載有樣本的回收艙落在地球上，而「隼鳥2號」太空船本體則如計畫燒毀在大氣層中。
「隼鳥2號」帶回了5.4公克的小行星岩石樣本，後來科學家從這些樣本中發現了胺基酸。胺基酸是蛋白質的成分之一，這項發現讓人類對於太空中是否能誕生生命有了更多想像空間。
採集「看不見的粒子」
能從太空中帶回來的樣本並不只有岩石，還有那些「看不到的小粒子」。就好像到工業區旁邊，打開罐子裝空氣回到研究室分析一樣。雖然眼睛看不見，但科學家卻可以從中獲得許多資訊。
1996年，蘇聯為了建造國際太空站，因此針對太空環境進行了一系列的調查，其中一項，就是採集太空中的粒子。日本的「蒲公英計畫 (Tanpopo)」藉由採集太空中的粒子，來調查生命起源。美國的「起源號 (Genesis)」則飛到太陽與地球之間，收集太陽放射出來的粒子（太陽風）。
除了上述這些以外，美國的「星塵號 (Stardust)」則帶回了彗星「維爾特二號 (Wild 2、81P/Wild)」周圍的粒子樣本，能幫助我們直接分析彗星成分。
剛回來的「歐西里斯號」
美國的「歐西里斯號（OSIRIS-REx，圖6）」在2016年升空，它的目標是採集「小行星101955」的樣本。這顆小行星後來被以埃及的不死鳥「貝努 (Bennu)」命名。「小行星貝努」同樣也是「潛在威脅天體」，甚至是風險指數最高的等級。
「歐西里斯號」會像一個高腳杯一樣降落在小行星的表面，這個「杯底」會對著蓋起來的地方噴氮氣，將小行星表面的岩石像「洗牙」一樣吹起來，同時收集這些吹起來的岩石。
「歐西里斯號」在今 (2023) 年9月底經過地球旁，將返回艙丟向地球後，繼續前往下一顆小行星進行其他觀測。而科學家前些日子已經發表了樣本的初步分析結果，看起來這些小行星岩石中帶有大量的碳與水，或許也有機會讓我們更加理解生命起源之謎！
未來數年還有許多的採樣返回任務規劃，包含了月球、小行星、甚至火星！就讓我們對這些未來的太空岩石歡樂送拭目以待！
參考文獻
- Lunar and Planetary Institute / Apollo Missions
- NASA / Astromaterials Acquisition & Curation Office
- NASA
- Youtube / JAXA | 宇宙航空研究開発機構
- Youtube / DLR
📖 延伸閱讀：《外星生命跡象？JWST（應該）能找得到》