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翻译：贺玉影
校对：牧夫校对组
编排：胡暖暖
后台：朱宸宇
https://theconversation.com/nasas-asteroid-sample-mission-gave-scientists-around-the-world-the-rare-opportunity-to-study-an-artificial-meteor-231145
地球时不时遭到名为“流星”的宇宙碎片轰炸。绝大多数流星都像沙粒或卵石那样小，在大气层中就燃烧殆尽了。如果某颗流星的尺寸大过高尔夫球，你就能在晴朗的暗夜看到它。
小流星很常见，但是比洗碗机还大的那种就很少了。
对我们这些航空航天和地球物理学者来说，流星是个难题，因为我们预知不了它们何时光临何地。但在一些罕见的情况下，我们可以研究一下像流星一样进入大气层的人造物：采样返回舱（sample return capsule，简称SRC）。SRC是用来把地外样本从外太空送返地球的，因为它们进入大气层的过程和流星相似，我们经常叫SRC“人造流星”。
近期，十几家研究机构的八十多名研究人员合力研究了这样一颗“人造流星”：美国国家宇航局的“奥西里斯王”（OSIRIS-REx ，即Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer，即“起源-光谱-资源-安全-风化层探测器”）重新进入地球大气层的采样返回舱。
这些机构包括：桑迪亚国家实验室、美国国家航空航天局喷气推进实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、国防威胁降低局、TDA 研究公司、夏威夷大学、空军研究实验室、布莱克尼斯特原子武器研究院、博伊西州立大学、爱达荷国家实验室、约翰霍普金斯大学、高知理工大学、内华达国家安全基地、南卫理公会大学、孟菲斯大学和俄克拉荷马州立大学。
这次采样返回任务给了我们一个独一无二的机会来测量返回舱飞越地球大气层时产生的声波，以及其他现象。
我们在靠近返回舱飞行路径的关键位置上布置了许多灵敏的麦克风和其他设备以捕捉信号。
虽然各家航天局和私企整天往外发射火箭，奥西里斯王的SRC却是从阿波罗计划结束后屈指可数的、从行星际空间返回地球的物体。只有这种物体才能达到自然流星的速度，只有它们才能对我们研究自然物体的属性有所帮助。
取样小流星
2016年9月8日，美国国家航空航天局发射了奥西里斯王。2020年10月，它到达近地小行星贝努，在其表面取了样本。
2023年9月24日清晨，样本在样本返回舱中返回地球。返回舱在太平洋上方以43500公里/时的速度重新进入地球大气层，几分钟后在美国的犹他州着陆。
贝努样本返回舱，图源：Keegan Barber/NASA via AP
返回舱在深入大气层时会产生冲击波，类似超音速喷气机突破音障时所产生的音爆。冲击波随后会逐渐减弱，直到只剩下低频声波，即次声波（infrasound，频率小于20赫兹，但是高于气候造成的气压变动的声波）。
次声波人类听不见，但灵敏的科学仪器能探测到，哪怕它们很远。这些仪器有的安置在地面，有的用气球悬挂在空中。
观察SRC
我们的科学家团队抓住了SRC再入大气层的机会来研究流星。
美国国家航空航天局喷气推进实验室，西达斯·克里希纳莫西（Siddharth Krishnamoorthy）领导的团队测试了次声波探测气球，这种气球日后可能会用到金星上面。
本文作者之一、伊丽莎白·西尔伯（Elizabeth Silber），和桑迪亚国家实验室的丹尼·鲍曼（Danny Bowman）领导的小组，则研究了如何更好地利用声波来收集流星的信息。
来自各地的许多研究人员参与了这些观测。
我们的团队战略性地部署了仪器，从美国内华达州的尤里卡镇一直到犹他州的着陆点附近，部署距离延展了482公里。这些仪器包括从高科技定制的传感器，到放在地上的智能手机。它们监测低频声波。
除了地面的仪器，我们还用气球安装了仪器，在SRC再入大气层期间，这些气球的漂浮高度是商用飞机的两倍。上面的传感器记录了SRC冲击波所产生的声波。这些声波携带了有关SRC、其运动和所经过环境的信息。
取样小流星
一个在清晨发射的气球，搭载监测传感器用于探测奥西里斯王返回舱再入大气层时发出的低频声波。图源：Emalee Hough
负责气球的小组必须小心地把握气球飞行的时间，以确保在SRC经过时，气球正处在它的最佳观测点。来自美国宇航局喷气推进实验室、俄克拉荷马州立大学和桑迪亚国家实验室的团队成员在黎明前从内华达州尤里卡放飞了数种不同类型的气球。
俄克拉荷马州立大学、桑迪亚国家实验室和夏威夷大学的研究人员还在犹他州与内华达州交界处、和温多佛机场靠近着陆点的地方部署了地面次声波传感器。虽然这时返回舱已经在减速，而且温多佛机场距离飞行路线的距离是尤里卡部署地点的三倍，我们还是在机场检测到了清晰的次声波信号。
研究人员目前正在分析数据，以辨认SRC的飞行轨迹上被仪器所检测到有信号的各个地点。由于 SRC 的飞行轨迹横跨约482公里，研究人员得找出不同的传感器所探测到的信号的各自发射地点。
这是史上用到仪器最多的高音速再入（hypersonic reentry）。
这项研究将帮助我们找出低频声波在大气层中传播的模式，以及冲击波的强度在哪里达到峰值。
夏威夷大学和俄克拉荷马州立大学的团队成员在温多佛机场进行部署。图源：Milton A. Garcés
虽然团队仍在分析数据，但初步结果显示，我们的仪器捕捉到了大量信号，这将有助于未来利用低频声波研究流星。
此外，得到低频声波穿过大气层的细微知识，也有助于研究人员利用次声波探测龙卷风和雪崩等地球上的灾祸。
责任编辑：郭皓存
牧夫新媒体编辑部
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目前CLEP 嫦娥系列任务在月球的着陆点和未来任务的预选着陆点。图源：Seger YU
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