人类探测器的彗星之旅

2015-09-10王瑞良

科学24小时 2015年4期

王瑞良

2004年3月，耗费近14亿欧元打造的罗塞塔号彗星探测器，搭载在阿丽亚娜5型火箭上，从法属圭亚那航天中心升空。经过近128个月、约64亿千米的太空飞行，终于追上了它的目标——67P/丘留莫夫—格拉西缅科彗星……

晴朗的夜晚，当人们仰望星空，常常会看到一个朦胧模糊的小光点，从不知什么地方冒了出来，不久便伸延出一条长长的、闪亮的“尾巴”，宛若一把笤帚从夜空中飞驰而过，这就是被人们俗称为“扫帚星”的彗星。

在科学水平并不发达的古代，人们对彗星常常抱有神秘感或恐惧感，把它看作不祥之兆。1910年，当著名的哈雷彗星出现时，世上竟有谣传说“可怕的彗星将与地球相撞，世界末日即将来临”，一时弄得人心惶惶，而哈雷彗星当时只是与地球擦身而过。这种迷信甚至延续到现代——1997年，当一颗名为海尔-波普的彗星在天空中达到最亮之际，美国邪教“天堂之门”的30多名教徒竟然集体自杀，欲“追随彗星而去”。

随着现代科学技术的发展和众多高精度天文望远镜的问世，人们开始科学地看待彗星，并逐渐认识到它对于人类的重要价值。

2014年最热门的科学新闻是什么？也许每个人都有自己的答案，但是有一个事件引发了人们最高热度的关注，它不仅入选了由《科学美国人》评出的2014年世界十大科学新闻，更是被《科学》评为年度十大科学突破之一。这个事件就是罗塞塔号彗星探测器（以下简称罗塞塔）成功追上67P/丘留莫夫—格拉西缅科彗星（以下简称67P），并最终在彗星的上空停留，成为它的人造卫星。这颗归属欧洲空间局的探测器，终于完成了它最重要的使命。

2014年11月12日，罗塞塔号到达位于太阳系边缘、距地球约5.1亿千米的67P彗星上空，将一个重约100千克的登陆器菲莱，准确地投放到直径只有4千米的彗核上，并在间隔了28分钟20秒之后，传回一批对探索太阳系奥秘有着重要价值的资讯。这既是人类探测器与彗星的首次亲密接触，更是宇宙深空探测的一项重大进展，这次行动的成功掀开了人类探索太阳系的新篇章。

彗星的起源可追溯至46亿年前太阳系形成之时，它们是当时的天体互相碰撞或爆炸后遗留至今的一些碎片。因此，彗星的体积都不大，平均只有千米级，这在宇宙中就如同一粒尘埃。在太阳系中，除67P彗星外，还有其他5颗彗星也吸引着人们的注意力，它们分别是哈雷彗星、苏梅克-列维9号彗星、海尔-波普彗星、坦普尔1号彗星和维尔德2号彗星。

由于彗星是由太阳系诞生初期的物质构成的，且一直处于温度极低的宇宙空间，所以46亿年来，其“体质”几乎没有发生变化，始终保存着太阳系初期的资讯，因而彗星又被称为“时间胶囊”。科学家认为，彗星一定保存着许多关于太阳系形成的奥秘，通过研究这些资讯，或许能帮助人类打开通向太阳系古老历史的大门。

此外，科学家还将地球上的水和彗星联系在了一起。众所周知，水是生命之源。地球上的生命就是在水中从无机物到有机物，一步一步演化而来的，并最终产生了人类。那么地球上的水又是从何而来的呢？人们猜想，一个个好似“雪球”、含水量极高的彗星会不会在撞击地球时，将水或冰带到了地球？如果假设成立，那么是否可以说是彗星把生命的种子播撒在了地球上呢？不论事实的真相究竟如何，人们都期望能从对彗星的探测研究中找到答案。

开创历史

当科学家意识到彗星的宝贵价值后，便一直设想能有探测器登陆彗星，对它们进行深入研究。而隶属欧洲空间局无人太空船计划的罗塞塔号彗星探测器，就是汇集了数千名科学家智慧的代表作。

在众人关注的那一天，罗塞塔号没有辜负大家的期望，它成功释放了登陆器菲莱，而菲莱则克服了垂直降落距离高、彗星直径和引力小、形状不规则、空间环境复杂等一系列障碍，成为首个在彗星实现软着陆的探测器。

菲莱降落彗星表面后，立刻利用所携带的10种设备，对彗星的大气、土壤、磁场等展开测量分析，共完成了57小时的实验任务，在电量耗尽前，传回了不少宝贵的科学数据。

它的气体分析仪“嗅到”了67P彗星挥发的化学成分的味道——一种类似于臭鸡蛋和醋的混合味。它还在彗星的土质中，发现了首批包含碳元素的有机分子和细胞中的重要成分氨基酸，这些元素是地球生命的基础。但在目前，人们还无法证实上述成分中是否包含构成蛋白质的复杂化合物——正是这些复杂化合物，最终孕育了地球生命。

两台被称为罗西娜的光谱仪也完成了自己的任务——分析了彗星上的水。结果发现，彗星上的水远不同于地球上的水，其重氢与氢的比例是地球水的3倍。这是到目前为止，在太阳系中测到的重氢与氢之间的最高比例。这项研究表明，地球上的水不可能来自67P彗星。但也有科学家认为，目前这种说法仍不确定，必须等到彗星取样与成分分析和演化气体分析仪的监测结果出来后，才能有所定论。

菲莱还记录到了67P彗星发出的“声音”——一种可能是由其发射的带电粒子产生的音效。此外，菲莱携带的一台热传感器，在探测彗星表面40厘米以下的物质时，竟然在10～20厘米处遇到了一层像冰一样的坚硬物质。可惜的是，由于菲莱的电量耗尽，探测工作无法再继续。

从2014年11月15日起，菲莱已经进入休眠状态，与地面失去了联系。不过，随着67P彗星逐渐靠近太阳，只要菲莱能够及时调整位置，获取到足够的太阳光，那么再度苏醒，并继续工作也是完全有可能的。届时，一套共享的雷达系统将会在彗星表面大门被敲开后，更深入地探测其内部结构。

困难依旧

如今，由菲莱成功登陆而带来的兴奋感，已经无法再刺激守候多年的科学家了。他们正在对所获数据进行细致分析，以迎接下一阶段将要面临的挑战。

目前，罗塞塔号正陪着67P彗星在一个椭圆形轨道上绕着太阳飞行，距离太阳越来越近，预计将于2015年8月抵达近日点，而周围的温度也将逐步升高。这种情况对下一步的探测研究非常有利，那时人们可以观测到一个变得更为“活跃”的彗星。科学家不仅可以了解到这些冰冻岩层在接近太阳时所发生的变化，还能观测到太阳喷发出的气体和灰尘情况。

但不断升高的温度也会带来新的考验：菲莱的隔热设计只让它在彗星表面坚持到了今年3月底，之后它将会因为温度过高而停止工作，改由罗塞塔号继续围绕67P彗星运转，观察它接近和远离太阳时的变化。当彗星到达近日点、温度进一步升高后，它所挥发的物质也会大量增加，这将对菲莱构成严重威胁，甚至会造成其毁灭性损坏。

而罗塞塔号的燃料也将在2016年年底耗尽，届时，对于它的命运抉择也将考验欧洲空间局：是让它留在目标彗星的轨道上继续飞行，还是让它与菲莱一样，也降落在彗星表面，并永远留在那里，哪怕是在整个探测系统关闭之后……众多棘手的问题，仍需要科学家妥善思考并处理。

之前，人类对彗星的探测多为飞近探测，而罗塞塔号则让人们更加细致地观测了彗星。但成功登陆彗星只是一项伟大冒险活动的开始，希望罗塞塔号也能如那块古老石碑一样，不负科学家所寄予的厚望，为人类揭开更多的宇宙奥秘。

漫漫十年追星路

2004年3月2日

罗塞塔发射升空

2005年3月4日

首次地球借力

2007年2月25日

火星借力

2007年11月13日

第二次地球借力