[航天史料]飞上太空探彗星

释放双眼,带上耳机,听听看~!

(选自天文爱好者2002年第六期。作者宗河)

探彗核:出师未捷身先死

美国宇航局2002年8月15日宣布,其造价达1.58亿美元的“彗核旅行”太空探测器在离开地球轨道去探索其他彗星的途中与地面失联。联络中断时,“彗核旅行”探测器位于印度洋上空约225千米处,并计划启动发动机,脱离地球轨道而进入彗星围绕太阳运行的轨道,在这之后约45分钟,控制人员应该能收到来自“彗核旅行”探测器的信号,证明轨道转换已成功。点火时,由于探测器距离地球太近、速度太快,宇航局暂时无法对它进行跟踪。按计划,宇航局应该能在探测器点火48分钟后收到它的信号,可是却从此与它失去了联系。

十几个小时过去了,美国宇航局设在美国本土、澳大利亚和西班牙的监测网,均未接收到丝毫来自“彗核旅行”探测器的信息。不过,地面控制人员并未灰心,仍在尝试各种解决方案。据悉,该探测器装有一套备用的计算机程序,能在类似的通信联络中断24小时后自动启用。刚开始时,控制人员对重新与这台探测器恢复联络抱有“谨慎乐观”的态度,但后来美国一家天文台称,“彗核旅行”探测器已经解体,若果真如此,则将对美国的彗星探测是一个沉重打击。

彗核旅行计划

2002年7月3日,“德尔塔2号”火箭从美国佛罗里达州卡纳拉维尔角空军基地升空,随之进入太空的是重达970千克、造价六千万美元的“彗核旅行”(contour)探测器。

这是继1999年二月十五日发射“星尘号”彗星探测器之后,美国宇航局付诸实施的又一个彗星探测计划。“彗核旅行”探测器的目的,是对两颗富含水的彗星的彗核进行观察和研究,以便了解太阳系形成时期冷冻而成的彗星核心的组成,并期望这两颗彗星能够成为未来星际探测的“移动气站”。“彗核旅行”探测器此行的目标主要有两个:一个是恩克彗星(encke),它于1786年被发现,是彗星家族中已知轨道周期最短的彗星,绕太阳运转一周只需2.3年;另一个是施瓦斯曼-瓦赫曼3号彗星(schwassmann-wachmann 3),它于1930年被发现,绕太阳运转一周大概要五年半时间。“彗核旅行”探测器原定于2003年11月12日飞抵恩克彗星附近,于2006年6月19日造访施瓦斯曼-瓦赫曼3号彗星。届时,探测器与彗核之间的距离不到一百公里。如果在相遇的过程中能够幸存下来,探测器将被送往第三颗卫星,但是具体被送往哪颗卫星还没有确定。

彗核旅行探测器上装有高精度摄像机,能够拍下直径为四米的天体表面特征,以便获取彗核尺寸、形状、亮度和颜色等信息。另外,探测器上还装有尘埃和气体分析仪等仪器,以便了解彗核的结构、组成和机理。该探测器装有一种特殊的太空碎片防护罩,这样探测器可以与彗星近距离接触,而不会被组成彗星尾巴的尘埃和水冰击中。据称这种防护罩是由一层叫做“凯夫拉纤维”(kevlar)的材料制成的,这种材料广泛应用于防弹背心当中,有助于将射向卫星的太空微粒汽化。

美国宇航局表示,彗核旅行探测器在太空运行过程中的大多数时间里,都将处于休眠状态,这样做的目的是为了节约开支,“彗核旅行”航天任务的成本为1.59亿美元。

彗星是太阳系中数量最多、最原始、最古老的天体之一,形成于46亿年前。那时,太阳系中的一些行星刚刚开始诞生。每颗彗星都有一个冷冻而成的彗核,彗核上可能完好地保存着形成行星的物质。

彗核旅行探测器的发射,原计划分两个阶段进行。在2002年8月15日以前,探测器一直绕地球旋转,到8月15日,工程师们将启动探测器上的一个小型发动机,把探测器送往恩克彗星。

这项计划的主要目的,是对彗星的本质和多样性进行前所未有的详细研究。科学家认为,彗核是由大块的冰物质和岩石构成的。此计划是通过让彗核探测器尽可能地接近彗核来获取彗星的详细资料。这将是人类首次对彗星间的区别和它们的运行与演化进行的研究。

美国宇航局太阳系探索部主管科林·哈特曼博士介绍说:“整个任务将帮助我们了解这些物质,它将为我们提供一个迄今为止最接近彗核的形象,这有助于我们了解彗星的结构和组成。”美国宇航局希望其发往两颗彗星心脏地带的“彗核旅行”探测器将揭示这种富氢天体的秘密。科学家称,彗星有一半的质量是水,有望成为今后人类移居其他天体的“加油站”和“水井”。

哈特曼称,人类对彗星已经观察了好几个世纪,但仍然所知甚少,而如今随着彗核探测的起步,这种情况将得以改变。科学家们也对彗星探测充满希望。在美国宇航局喷气推进实验室专门从事彗星探测工作的科学家唐纳德·约曼斯说,彗星可能会在为人类征服太阳系时提供资源,因为如果要在太阳系内建立人类居住区,就必须利用太空中的原材料来建设住房,就需要水来维持人类的生命。彗星质量中有50%是水,水又可以分解为氧气和氢气。而这两种物质又都是火箭最佳的燃料。因此,彗星有可能在不久的将来成为人类征服太空的加油站,并为星际征服提供水源。但彗核旅行探测器的失踪对彗星探测无疑会产生较大的影响。

前赴后继

据这一项目的另一位负责人约瑟夫·维弗卡透露,“彗核旅行2号”探测器将最快在2006年发射升空,以接替“彗核旅行”完成对恩克彗星和施瓦斯曼-瓦赫曼3号彗星的探测任务。据称,“彗核旅行2号”项目的预算可能会比“彗核旅行”项目少一千万到两千万美元,因为其主要的配件不必进行重新设计,而仅仅是再建造一个新的就可以了,另外,地面控制设施也没有被损坏,因此可以重复利用。

“彗核旅行”旨在对上述两颗彗星的核心进行探测研究,这些彗核也许在46亿年前就已经冷冻,当时太阳系的几大行星刚刚开始形成,因此对这些彗核进行分析可以得到非常珍贵的资料,其中包括有关地球生命的起源以及恐龙是如何灭绝的这些重要的信息。

虽然“彗核旅行”失落太空,但美国、日本、欧洲空间局等还都在继续实施各自的彗星和小行星探测计划,并继续探索地外生命。

美国人打算花2.79亿美元在2004年发射一个航天器去撞击腾佩尔彗星。美国宇航局已批准了用航天器撞击腾佩尔彗星以研究彗星内部秘密的计划,该航天器将在2004年发射,2005年7月1日抵达腾佩尔彗星。

据美国宇航局2001年五月发布的消息,这一研究计划名为“深度撞击使命”。研究人员希望借助撞击以暴露彗星表层以下深处的材料,然后通过观测内部材料弄清楚彗星组分的变化规律,以及彗星的内部与外部情况有何不同。撞击器的质量约为三百千克,它将携带一个照相机,将在一定高度的轨道上从搭载它的航天器中弹射出去,然后以每小时37500公里的速度撞击腾佩尔彗星,撞击器将把彗星内部的物质撞开。航天器上的照相机和红外光谱仪以及地面观测站将研究撞击产生的冰块残片和暴露出的彗星内部材料。腾佩尔彗星于1867年发现,每五年半绕太阳运转一周,已多次穿过太阳系内部,这使它成为研究彗星外层覆盖物发展变化的最佳对象。

期盼“星尘号”探彗成功

美国于1999年2月15日发射了“星尘”(star dust)彗星探测器。它将于2004年一月飞抵“怀尔德2号”彗星附近,在离它一百公里处收集星际尘埃,并带回地球分析。据法新社2002年8月7日报道,美国宇航局的“星尘号”探测器已于8月5日开始收集宇宙尘埃样品。此次航天任务的主要研究人员Don brownLee表示,如果在漆黑的夜晚观看银河,你就会发现在银河中央有一条黑带。这就是星际尘埃带,它们挡住了来自遥远恒星的光。这些颗粒就是“星尘号”探测器要收集的目标物。来自美国宇航局的消息说,宇宙尘埃像风一样经过宇宙,其中包括元素周期表中的大部分元素。“星尘号”探测器开始收集的样品中,一些颗粒比一根人头发的直径的1%还要小。

2004年“星尘号”将从彗星内部散逸出来的气体和尘埃中收集年龄高达45亿年的颗粒。项目负责人Tom Duxbury表示,宇宙尘埃样品将于2006年返回地球,科学家们对这些样品进行分析。这些样品可以提供关于宇宙的形成和地球生命起源的重要线索。

欧洲“罗塞塔”

欧洲空间局2002年2月26日发表新闻公报称,根据欧洲甚大天文望远镜(VLT)获得的最新观测数据,欧洲“罗塞塔”彗星探测器向维尔塔宁(wirtanen)彗星释放登陆器时将不会遇到巨大的沙尘暴,这意味着罗塞塔彗星探测器安全着陆的系数进一步增大。

“罗塞塔”彗星探测计划是欧洲空间局的基础科学项目,其内容包括:于2003年初发射“罗塞塔”彗星探测器,对维尔塔宁彗星进行追踪观测;2011年该探测器向彗星释放登陆器,获取有关彗核成分及结构等方面的数据;2011年到2013年,释放登陆器的探测器继续对彗星进行追踪观测,直到彗星运行至近日点。这将是继美国“乔托号”探测器探测哈雷彗星之后,又一次大型的彗星探测计划,但“乔托号”并未在彗星上着陆。

了解维尔塔宁彗星的实际大小和表面活动是罗塞塔探测器能否安全释放登陆器的关键,然而,由于缺少必要的观测手段,科学界对这颗早在1948年就已发现的彗星始终缺乏详细的了解。2001年十二月,欧洲天文学家终于利用甚大天文望远镜得到了非常清晰的维尔塔宁彗星表面图像,据此,他们确定这颗彗星的直径不足1200米,而且还推算出当“罗塞塔”探测器释放登陆器时,维尔塔宁彗星的表面活动将非常弱,不会对登陆器着陆构成巨大威胁。

“罗塞塔”彗星探测计划将是人类首次直接向彗星发射登陆探测器,因此这一计划非常令人振奋。为增加着陆成功的可能,他们将继续争取获得尽可能多的关于维尔塔宁彗星的数据。特别要强调指出,欧洲天文学家此次获得的最新观测数据为他们修改计划及作出相关决定提供了宝贵的依据。

科学家认为,彗星是由太阳系诞生初期的物质构成的,由于它自身的温度极低并处在温度极低的宇宙空间,因此在太阳系诞生46亿年来几乎始终保持着其形成初期的状态,对它的研究将有助于人类揭开太阳系形成之谜。

欧洲空间局的第一座35米深空地面站(位于澳大利亚新诺西亚)已经投入使用。作为最终系统试验的一个部分,2002年6月7日和12日该站对“星尘号”探测器成功地进行了天线指向试验。重达630吨的抛物面天线成功接收到了距地球2.1个天文单位的“星尘号”探测器发回的信号。到2003年以后,这座深空站将为欧洲空间局的“罗塞塔”彗星探测器和“火星快车”探测器科学任务提供主要支持。

由上述可鉴,航天技术的发展,给天文台安上了强有力的翅膀,在宇宙中任意翱翔,不仅可以到月球和行星上去串门,还将走进小行星、彗星和在日地空间观光。彗星上保留着太阳系诞生时的原始物质,为我们提供了解太阳系早期历史的线索。探测彗星的本质及其组分可了解太阳风的物理化学性质和化学成份。为此,人类已发射了多个彗星探测器。它们主要用于探测哈雷彗星。彗星探测器上一般装有摄像机、中子分析仪等设备,用以探测彗星尾巴中的等离子体密度和温度等。探测器上的变轨发动机用于收集太阳风中的粒子,改变探测器的轨道,以便拦截彗尾,达到直接探测彗尾的目的。

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