NASA太空任務：聲波感測器捕捉返回艙重返大氣層的震撼瞬間

2016年，NASA啟動了一項令人驚嘆的任務，目標是追蹤距離地球3.2億公里的小行星「班努」。2020年，OSIRIS-REx探測器成功短暫接觸這顆小行星，發現其表面並非堅硬的地殼，而是鬆散的碎石堆。2023年9月底，OSIRIS-REx任務的樣本成功裝載在返回艙中送回地球。當NASA忙於追蹤並回收這些樣本進行分析時，另一支研究團隊則抓住這個難得的機會，將返回艙的重返過程視為模擬隕石撞擊的絕佳實驗。

研究團隊在論文中解釋：「由於軌跡的時空不確定性，預測米級物體產生的衝擊波和撞擊效應相當困難。因此，大多數利用地面地球物理儀器（如地震儀和次聲波感測器）記錄大氣層進入事件的資料，往往是偶然獲得的，且儀器的稀疏分佈通常無法詳細描述物體的軌跡或完整波場的記錄。」他們進一步指出：「這次返回艙的已知軌跡和時間點，為我們提供了一個罕見的機會，能夠策略性地部署儀器，記錄返回艙以超音速穿越大氣層時產生的地球物理訊號。」

研究團隊在內華達州尤里卡附近設定了分散式聲波感測（DAS）技術，這是一種基於雷射的技術，利用瑞利散射來檢測光纖沿線的振動（如應變率）。此外，他們還部署了地震儀和次聲波感測器，並鋪設了12公里的光纖電纜，以捕捉返回艙的降落過程。當關鍵時刻來臨時，這些努力得到了豐厚的回報。

論文中寫道：「我們成功利用DAS技術測量了OSIRIS-REx返回艙產生的地震聲波訊號，這是首次使用此類儀器進行此類測量。我們觀察到初始的脈衝訊號，並伴隨持續約一秒的強烈尾波。由於DAS固有的空間取樣密度，我們能夠觀察到傳統稀疏分佈的地震聲波部署可能錯過的相位。」透過這種方法，研究團隊得以詳細觀察返回艙產生的音爆現象，並分析其波前在撞擊地面時的變化。他們認為，這種方法未來可用於研究其他類似撞擊事件。

研究團隊總結道：「我們目前的目標之一是更好地理解聲波和地震相位在地面與空氣之間耦合的物理機制，這些機制在表面覆蓋的DAS光纖記錄中得以呈現。」與此同時，NASA已將OSIRIS-REx任務更名為OSIRIS-APEX，並計劃在小行星「阿波菲斯」於2029年接近地球後，近距離觀察這顆小行星。

NASA解釋道：「地球的引力預計將改變阿波菲斯的軌道，影響其自轉速度，甚至可能引發地震或山崩，從而改變其表面特徵。OSIRIS-APEX將讓地球上的科學家觀察這些變化。此外，OSIRIS-APEX太空船將靠近這顆由矽酸鹽（或岩石）材料以及鎳鐵混合物組成的『石質』小行星表面，並啟動引擎以激起鬆散的岩石和塵埃。這項操作將讓科學家一窺小行星表面下方的物質組成。」這項研究已發表於《地震研究快報》期刊。