重返破晓时刻——“黎明”号的旅程<br/>

重返破晓时刻——“黎明”号的旅程

2012-05-16□摇光

太空探索 2012年8期

□ 摇光

太阳系的谜团——提丢斯的魔咒

1766年。

德国数学教师正在给学生们介绍“天文数字”——行星间的距离。在当时，人们已经测算出太阳系中各个行星的位置关系，行星间的距离非常遥远，用千米来表示，简直是一堆杂乱无章的数字。然而凭借数学教师特有的敏感，提丢斯发现了一些蹊跷——倘若将地球到太阳的距离定为10，那么水星到太阳的距离为4，金星为7，地球为10，火星为16，木星为52，土星为100，那么把这组数字减去4，就会得到0、3、6、12、48、96这样一组有规律的数字，只是中间少了一个24。提丢斯对于24的失踪很不满意，断言那里定会有一个不为人所知的天体。

提丢斯的断言如同一个魔咒，引得人们在这个未知的区域疯狂搜寻，不久便有所斩获——“谷神星”首先出现在众人眼前。谷神星的轨道非常符合提丢斯的预言，但令人沮丧的是，它的个头太过渺小，根本算不上行星。不甘心的人们又开始继续搜索，没想到在谷神星之后，智神星、婚神星、灶神星以及众多更小的天体陆续在这个区域被发现。于是人们明白了：被提丢斯预言的这个位置上，并没有像火星或者地球这样的行星，只有不计其数的小天体组成的“碎石块”区域——小行星带。

“黎明”号的飞行路线图

寻找失落的太阳系——“黎明”计划

“黎明”号的等离子推进器

人们朝思暮想的行星，就这样化为泡影。预言中的那个行星去了哪儿？这些小石块又是从何处而来？会不会来自于一个大个子行星的爆炸碎裂？还是在太阳系形成之初，这里就没有形成行星？神秘的小行星带给人们留下无穷无尽的疑问，不过有一点是肯定的，这些小行星是太阳系珍贵的化石——它们没有条件经历剧烈的地质改变，至今还携带着太阳系形成初期的信息。如果人类想要知道太阳系如何形成，还要听这些“碎石块”来讲过去的故事。为了能到这些小天体上一探究竟，“黎明”计划启动了。这是一个让飞行器飞入小行星带，进入引力势范围后环绕拍摄小行星细节的计划。

如今，我们可以对宇宙的创生，膨胀指指点点，但对于自己居住的这个地球，以及地球所在太阳系如何产生，还难以说清。该计划取名为“黎明”，寓意着这个项目旨在通过探测这些太阳系中的“化石”，来揭示出太阳系早期演化的故事。

不过，对于那些现实人来说，“黎明”计划还有另外的意义。

在地球上，许多资源都是宇宙的馈赠：钢铁——这是大质量恒星产生的物质，要经过千万年的积累；煤炭石油天然气——这是生物在数亿年的时间中悄悄积累太阳能才攒下的一点财产；贵金属——这是超新星爆炸时产生的稀有物质。有限的资源决定了它们的命运，资源的价格总是在节节攀升。如果有一天你发现钢铁的价格突然暴跌，那么就会有这样一种可能：人类开始在小行星上开采资源了。飘荡在火星与土星间的小行星们是天然的矿床，根据天文学家的光谱观测结果，很多小行星的铁镍含量非常之高，甚至可能蕴含金银铂等贵金属。虽然“黎明”号并没有着陆到小行星上的任务，但给小行星画一张地图，已经够让人眼馋的了。

目标？众神之星！

2007年，“黎明”计划在紧张进行着。选定目标天体，也是计划进行中的一部分。由于探测器需要环绕天体，那么大个头的天体在探测难度上来说相对低一些，因为足够的引力可以将探测器牢牢抓住。在小行星带中这样的大个头并不多。早期发现的谷神星、灶神星、智神星和婚神星号称小行星中的“四大金刚”，但它们并非都因个头大而闻名。

谷神星是第一个被发现的小行星，直径有近1000千米，形状近似为球形——要知道绝大多数小行星不是球形的，比如今年年初飞临地球的“爱神星”就呈香蕉形。也正因此，谷神星现在有了新的身份——矮行星。2008年，国际天文学会对太阳系天体做了重新划分，将原来的九大行星缩减为八个，而像冥王星这种个头不大，但圆润，且轨道附近还有其他天体的，叫做“矮行星”。随着矮行星定义的出现，太阳系中的冥王星、阋神星、妊神星、鸟神星和谷神星被划为矮行星。有意思的是这四个矮行星中，只有谷神星处于小行星带，其余四个都属于遥远的柯伊伯带天体，甚至更远的天体。由此可见谷神星是多么值得“黎明”号去拜访一番啊！

热真空试验

除了巨大而圆润的谷神星，还应该去探测谁呢？虽然小行星带可称得上是一个大的部落，这个部落也由一个个家族构成。在部落靠近地球最近的一侧，分布着“灶神星族”小行星，其中最大的就是灶神星。灶神星也是最大的几个小行星之一，直径约为500千米，形状近似为扁球形，不是很规则。也由于模样的原因，它被暂排除在矮行星范围之外，目前仍然属于小行星成员。距离地球近，成了它引人注目的原因，于是被选为另一个“黎明”号探测的目标。

谷神星和灶神星虽然都属于小行星带，它们的结构完全不相同，谷神星表面可能有冰层存在，而灶神星表面是干燥的玄武岩。先接近较近的灶神星，环绕探测，然后再启动加速奔往谷神星，再环绕谷神星探测——于是，“黎明”号的旅程就这样被定了下来。

携带行囊，“黎明”号启程！

“黎明”号长成什么模样？中间方方正正，两侧各支出一个巨大的翅膀——那是太阳能帆板，可以像太阳能热水器那样从太阳光线中获取能量。中间的方块是核心部分，包括推进器、控制系统和一堆探测装置。“黎明”号的推进器非常值得大书特书一番，因为这是第一次在科学探测器上采用离子引擎。所谓离子引擎，就是将携带的推进剂电离成等离子，然后由电磁感应产生推力。与以往的火箭推进器相比，所需的推进剂会大大减少，一方面让探测器“瘦身”，一方面可以获得更远的航程。

“黎明”号飞越小行星

钛合金容器

然而，“黎明”号的旅行被一再耽搁。原计划2006年的“黎明”号发射被一再推迟，原因多种多样，最重要的是经费紧张，项目不得不叫停。计划被推迟到2007年7月发射，然而笨手笨脚的工程师却让发射不得不再一次推迟——探测器的能量来源之一是接受太阳能的帆板，就好像很多太阳能热水器拼起来的那个东西，居然被工程师不慎用工具划伤了。计划只能再延后。再后来，举世瞩目的火星探测器“凤凰”号发射，“黎明”号为其让路。总之，到2007年9月27日，“黎明”号才发射升空。

“黎明”号开始了远行，行囊中满满当当。相比于调节系统和推进装置等必备装置，人们更加关心它到底携带了哪些科学仪器，这些仪器又能拍到怎样的照片？发现怎样的秘密？

第一个设备，叫做“帧式照相机”，这是一台相机，拥有20毫米口径，150毫米焦距，7.5的光圈，后端配备了1024像素X1024像素的帧转移CCD。有人看了这个配置，不禁感到奇怪，怎么看起来还不如家用相机厉害？这是由它的工作方式决定的。这种相机就是用来一点一点扫描出天体的全貌，而且可以在7个色彩范围进行拍摄。由于这个相机对整个计划来说至关重要，因此“黎明”号携带了两台，以备不时只需。

探测器

“黎明”号携带的另外两个设备，分别是光学-红外成像摄谱仪，和伽玛射线-中子探测器。前者可以在400个色彩个范围拍摄图像，后者则可以用来测量氧、镁、铝、硅、钙、钛、铁，甚至钾、钍、铀等元素的丰度。

从远观到细打量

“黎明”号启程了，慢慢从人们视线中消失，这是作为一个航天器都逃不出的宿命——人们要花上一两年甚至几年十几年来等待，而在这个期间，公众会把它忘却，只有参与“黎明”号计划的人，才会盯着它一直不放。

小行星带

2009年2月，“黎明”号见到了火星。这个大家伙的引力会助“黎明”号一臂之力，加速向灶神星冲去。当然，既然到了火星就要不虚此行，“黎明”号顺便拍了一些照片，这些照片将作为校准数据来使用。

2011年3月，又飞行许久的“黎明”号再次睁开眼睛，工程师将对它进行的一次全面体检。再不久，“黎明”号将开始自己的工作，环绕灶神星拍摄。此时灶神星在“黎明”号看来，还是一个小光点。到了5月，“黎明”号第一次拍摄了灶神星的画面，但说实话，还不及哈勃空间望远镜在地球上空拍摄的清晰。

不过到了6月，“黎明”号的威力开始显现，灶神星上坑坑洼洼的结构已经依稀可见。到了7月初，灶神星清晰地如同一个干瘪的核桃。之后，“黎明”号拍摄了灶神星的南极部分，这仅仅是飞船工作的开始，7月16日，飞船进入环绕轨道，众人期待已久的灶神星“高清地图”就要立即出炉了。

8月初，在地球上翘首以盼的人们接收到“黎明”号发出的第一批照片，人们得以仔细打量这个未知的世界。这个天体一眼看上去，其实有点像我们用望远镜看到的月球，上面布满了一个个陨击坑。不过它的形状并不那么浑圆，更像一个气不足的皮球，或者一个干瘪的核桃。这些陨击坑大大小小形态各异，比较有意思的是三个很大的坑排列成一字，好像人们冬天堆砌的雪人，于是有人干脆叫这个特征为“雪人”了。在灶神星的南极部分有一个巨大的撞击痕迹。

对于这些地质构造，公众关注的是它奇特的外形，以及漂亮的风景。而对于天文学家而言，特殊的地貌揭示着这个星球的与众不同。经过数个月的数据整理，一些关于这个星球的秘密正在慢慢揭开。从这些撞击产生的痕迹可以判断，在这个外表看似平静的石头星球地下，可能曾经有一个涌动的岩浆海洋。对于太阳系中的星球而言，岩浆海洋出现时，整个星球都正在经历一个熔融状态。当岩浆海洋一层层慢慢冷却，就形成了像地球、火星那些岩石质行星一副坚不可摧的模样。

灶神星

灶神星上的另一些地质结构看起来有些颠覆，比如那些在陨击坑中央出现的山峰——其实在月球上，这种陨击坑中的山峰并不少见，像哥白尼这些年轻的陨击坑中就是山峰耸立。这种山峰实际上是撞击反冲形成的。而在灶神星上，这些陨击坑中的山峰显得特别宽阔而高大。其实这个现象也好理解：在灶神星这种小质量天体上，引力作用相对微弱，因此撞击反冲形成的中央峰也会比月球上大很多。

其实，在这次探访灶神星之前，天文学家对灶神星也并非一无所知，这是由于人们在地球上发现了一些陨石。根据望远镜拍摄的光谱和这些陨石的成分分析判断，这些陨石可能来自于灶神星。“黎明”号的观测数据再次证实了这一点，这些陨石富含辉石、铁质和镁元素。在地球上发现的6%的陨石可能来自灶神星，它们是怎么跑来的呢？又是撞击！灶神星表面的坑洼已经说明了这一点，不过，灶神星上最大的陨击坑非常年轻，只有10亿岁，要知道在月球上类似的地质结构要比它年纪大得多！为什么灶神星上有这些年轻的巨大撞击痕迹，目前还没有一个好的解释。