北京时间2021年10月16日17:34，NASA露西号（Lucy）探测器搭乘宇宙神V-401火箭，从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角天军基地发射升空，正式开启它的 外太阳系探测之旅。平水韵总目
露西号探测器发射升空 | NASA/Bill Ingalls
这个从NASA知名“抠门”项目里脱颖而出的探测器，将奔赴遥远的木星轨道，在接下来的 12年探测中，相继探访 8颗不同大小、类型和位置的小天体， 为人类首次揭开木星特洛伊小行星的神秘面纱。
太长不看版
- NASA露西号探测器启程前往木星轨道；
- 主要探测木星特洛伊小行星，它们是追溯太阳系早期历史的“时光胶囊”；
- 此行将帮助我们重新认识太阳系早期动荡的历史。
小项目里的大赢家
2017年1月5日，NASA正式公布了第8届“发现”级项目的2个当选任务，其中一个就是“露西号” [1] 。
第8届“发现”级项目的2个当选任务示意图，左为露西号，右为灵神号 | SwRI and SSL/Peter Rubin [1]
“发现”级项目，是NASA深空探测项目三大梯队里规模最小、预算最低的一类，主打成本低、周期短、见效快的小型任务，每个任务常规预算约4.5-5亿美元，设计寿命不超过36个月，探测目标精简明确。平水韵总目
简单来说就是：更快、更好、更便宜。
只需要记得“发现”级项目最穷就完事儿了…… | haibaraemily
在这样的指导方针之下，开始于1992年的“发现”级项目至今已获批16个，其中11个任务成功开展，以极低的成本、极高的效率，大大增进了我们对太阳系内和系外诸多方面的认识。
目前所有获批的“发现”级项目。此外，月球勘测轨道飞行器（LRO）任务后来也被按照花费归入“发现”级项目，属于领养 | haibaraemily
虽说中的是个小项目，露西号实际“享受”到的规格并不低。在常规预算4.5美元的指标下，露西号的任务周期总预算已飙升至9.81亿美元——可以说是完全达到了中型项目“新疆界”级的预算待遇，多少能称得上是小项目里的大赢家了。平水韵总目
木星轨道上的“特洛伊”小行星
露西号的探测目标是一类特殊的小行星：木星特洛伊小行星。
我们较为熟悉的主带小行星，聚集在火星和木星轨道之间的主小行星带中。人们常以小行星带为界，把太阳系划分为“内太阳系”和“外太阳系”，木星特洛伊小行星就聚集在遥远的外太阳系。
它们和其他区域的小行星一样环绕着太阳转动，唯一特别的地方在于：特洛伊小行星是和木星“绑定”着一同环绕太阳公转的，或者说，特洛伊小行星所聚居的群落几乎和木星共享同一条飞行轨道。
与木星共享轨道的特洛伊小行星群 | 改编自维基
如此稳固的“绑定”关系，背后是引力这双无形大手。
两个有环绕关系的天体周边有5个“平衡点”——在这些点附近， 两个天体的引力综合影响可以达到平衡——这5个点被称为“拉格朗日点”（L1-L5）。平水韵总目
这里的“两个天体”可以是太阳和地球（日地）、地球和月球（地月），也可以是太阳和木星（日木）等等。
两个天体（图中以太阳和地球为例）周边的5个拉格朗日点| 维基
如果有 第3个天体位于这些拉格朗日点上，则可以轻易与这两个天体保持几乎相对静止。
探测器就经常利用这些“风水宝地”。例如，太阳探测器SOHO位于日地拉格朗日L1点附近，即将发射的鸽王之王·詹姆斯韦伯望远镜，计划被安置在日地L2点附近。平水韵总目
我国嫦娥四号任务的通讯中继星鹊桥号，位于地月拉格朗日L2点附近，可以帮助在月球背面探测的嫦娥四号保持和地球的通讯。
木星特洛伊小行星群，则位于太阳和木星（日木）连线两侧各60°间隔外的拉格朗日L4和L5这两个平衡点附近，分为L4特洛伊小行星群和L5特洛伊小行星群两团。
L4和L5特洛伊小行星群位置示意 | 改编自维基
“特洛伊小行星”的名字来源于希腊神话中的“特洛伊战争”，分列在L4和L5的两团特洛伊小行星群也分别被称为“希腊阵营”和“特洛伊阵营”，其中的小行星分别以各自阵营中的英雄命名。
唯二的两个例外是：位于L4区域的小行星赫克托耳（Hektor），在神话中其实属于特洛伊阵营；L5区域的双星系统之一帕特罗克洛斯（Patroclus），在神话中其实属于希腊阵营。它们是在确定命名规则之前被命名的。平水韵总目
最大的10颗木星特洛伊小行星，都是熟悉的名字 | 汉化改编自维基
特洛伊小行星并不是木星独有的。其他行星，例如天王星和海王星，甚至火星和地球也有自己“绑定”的特洛伊小行星（群）。只不过，木星特洛伊小行星群被发现最早，且数目最为庞大，因此在不加限定词的情况下，“特洛伊小行星”也常常专指木星特洛伊小行星。
行星科学家认为，特洛伊小行星是外太阳系巨行星形成时期留下的残骸，是原行星盘中没能形成行星的“边角料”。因此，这些小行星可能非常古老，还保留着太阳系早期物质的成分和信息，和位于内太阳系的主带小行星、近地小行星一样，是我们追溯太阳系早期历史和演化的“时光胶囊”。
特洛伊小行星数目众多，目前记录在案的木星特洛伊小行星有 1万多颗[2]，最大的直径200多千米，最小的只有约1千米。实际数目远不止这些，只是由于距离遥远，个头小的那些很难被发现。
即使是最大的那些，迄今为止我们也只是通过望远镜看到过一个个小亮点，不曾知道它们表面到底是什么样子——这正是露西号将为我们揭晓的“秘密”。
首个特洛伊小行星探测器
露西号不仅是人类首个近距离探访特洛伊小行星的探测器，而且不止探访一颗。
它全程计划探访6颗木星特洛伊小行星（Eurybates、Polymele、Leucus、Orus、Patroclus和Menoetius），1颗特洛伊小行星的卫星（Queta）和1颗主带小行星（Donaldjohanson），将创下一次任务中探索最多天体的记录。
露西号计划探访的全部8颗小天体的艺术想象 | 改编自NASA
别看露西号有这么多探测目标，这场旅程并不会千篇一律：这些小行星各有特色， 展现了太阳系中丰富多彩的星球面貌。
露西号的8个探测目标 | 汉化整理自NASA [3]
行星科学家常借助小行星反射阳光的差异（光谱类型）来区分它们的组成成分，如C型主要由碳质构成，S型主要由硅质构成，M型主要由金属构成，D型和P型可能富含有机物……
不同轨道位置的小行星常常有着不同的成分类型，例如C型小行星在主带和近地小行星中十分常见，但在特洛伊小行星中却很稀有。但即使在轨道位置相似的特洛伊小行星中，也混合着 D型、P型、C型等多种类型。
不只是成分差异，在露西号的探测目标中：
- 最小的小行星Donaldjohanson直径只有约4千米，而最大的Patroclus直径达到140千米；
- 自转最快的Polymele上只要6个小时就能过完一天，而自转最慢的Leucus上一天长达440个小时；
- Patroclus和Menoetius在环绕太阳公转的同时，还是绕着共同质心转动的双星系统；直径仅64千米的Eurybates，还有一颗小小的卫星；
哈勃望远镜WFC3相机在2017年5月20-6月14日拍摄的Patroclus-Menoetius双星系统 | HST
这些“相似”和“不同”，会给各个小行星的演化带来什么影响？明明大家都是太阳系早期的“边角料”，现在也在差不多的轨道位置，为什么会有这么大差别？是它们原本形成于不同的位置，后来被木星引力捕获困在了一起？还是因为太阳系早期的巨行星迁移，连带着小行星发生了“乾坤大挪移”？
露西号的“星口考察”，可以帮助我们重新认识太阳系早期动荡的历史。
外太阳系小天体位置迁移的一种猜想。不同颜色的小点代表不同成分或类型的小天体，“冷”和“热”小天体群指的是轨道动力学上的“冷热”，表现为不同的轨道特征，并不指示温度 | 汉化改编自NASA
但奔赴木星，去往外太阳系并不容易：离太阳越远，探测器接收太阳能的效率就越低。
应对之法无非两种：一是改用核能供电，像旅行者号、卡西尼号、新视野号那样；二是让太阳能电池板尽可能宽大，增加接收太阳能的面积，但这样又会增加探测器的重量。
露西号这样的“发现”级（小型）任务，在有限的预算内是很难够得上使用核电池的待遇的，所以别无选择只能硬着头皮选择了第二种。
露西号探测器的太阳能板异常巨大，每块直径7.3米，在太阳能板完全打开时，探测器全长可达15.8米。露西号也将打破距离太阳最远的太阳能探测器运行记录。
露西号探测器示意图 | NASA/GSFC
感受一下露西号“遮天蔽日”的巨大太阳能电池板：
露西号的太阳能电池板 | NASA
以“露西”为名
露西号探测器的名字，来自一具名叫“露西”的骨骼化石，而这份化石的名字，又来自披头士的一首流行歌曲。
一首歌，一具化石，一颗探测器，是如何以一种奇妙的机缘相遇的？这还要从露西号的使命说起。
