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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
关键词:彗星太阳系探测器

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

2008年9月5日

飞越小行星Steins

2009年11月13日

第三次地球借力

2010年7月10日

飞越小行星Lutetia

2011年6月8日

罗塞塔进入深度休眠

2014年1月20日

从休眠中苏醒

2014年8月6日

抵达67P彗星

2014年11月12日

菲莱成功登陆彗星

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