出发吧,小行星探测器

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所属分类:百科知识2015年

2014年11月,“罗塞塔”号彗星探测器释放了一个名为“菲莱”的着陆器于彗星的表面,这是人类的探测器首次在一颗彗星上实现软着陆。彗星来自太阳系的边缘,它们的组成通常是水冰和尘埃。科学家们之所以对彗星如此着迷,是因为在它们的物质组成中隐藏着一些有关太阳系和生命起源的秘密;它们还有可能撞击地球,是一种对地球文明存在威胁的天体,这一点又颇令人担忧。
  然而,彗星并不是唯一令人着迷又令人担忧的小型天体,与其相似的还有另外一种小型天体,那就是小行星。在太阳系中,小行星的“家”比彗星离太阳更近,形态也更复杂,所以人们研究和探测小行星的热情并不亚于彗星。截至目前,人类的探测器已对小行星进行了形式多样的探测,人们还计划把宇航员送到一颗小行星上去。届时,宇航员将对小行星进行“实地考察”,然后带上小行星的土壤样本返回地球。“罗塞塔”号对彗星的探测已经成就了人类彗星探索的一座丰碑,而在不久的将来,人类也将迎来小行星探索的一个高峰。
  飞向小行星
  发射小行星探测器是探测小行星最为重要的方法,这种探测器可以进入小行星环绕轨道,对其成像、绘图,并着陆其上提取土壤样本。美国宇航局计划于2016年发射一艘新的小行星探测器——“奥西里斯-雷克斯”,它将前往一颗名为“贝努”的小行星,然后提取其上的土壤样本带回地球。“贝努”是一颗近地小行星,直径约550米,发现于1999年,它的轨道与地球轨道相交,有撞上地球的可能,因此受到高度关注。
  小行星是天文学上的一个未解之谜,人类对这种天体的探索已经持续了200多年。1801年1月1日,意大利天文学家朱塞普·皮亚齐在火星和木星轨道之间发现了谷神星。在随后的几年里,人们又相继发现了智神星、婚神星和灶神星。这些星的个头都太小,不足以界定为行星,因此被归为小行星。但在2006年,国际天文学会重新界定了行星概念,谷神星与冥王星一起被归入矮行星,由此退出了小行星行列。
  在火星和木星轨道之间有一个小行星的密集区域,即小行星带。那些小行星原本是要聚集成一颗大行星的,然而这个过程并没有完成,于是便只遗留下了无数的小行星。2007年9月27日,小行星探测器“黎明”号起程前往小行星带,去探访谷神星和灶神星,这次任务的行程长达50亿千米,耗时8年。科学家认为,46亿年前,当太阳系形成的时候,这两颗星停止了它们的成长步伐,它们没有让自己聚集足够多的物质去变成一颗大行星,而是定格在了那个混沌的年代,仿佛时间停止在了太阳系诞生的黎明时期——这便是“黎明”号这个名称的由来。
  “黎明”号和“隼鸟”号
  “黎明”号已完成了对灶神星的环绕探测,这个过程持续了14个月。大约在2015年春天的晚些时候,“黎明”号就将抵达谷神星。“黎明”号装有3台离子引擎,这种引擎推力极小,但效能很高。假若没有离子引擎,“黎明”号只能抵达灶神星,无法对谷神器进行探测。离子引擎的工作原理是:通过电子轰击气态原子产生离子,离子经电压加速,形成高速喷射离子流,从而推动航天器前进。离子引擎工作时所需的电力来自太阳能电池板或者核燃料。
  在小行星探测器的行列里,除了“黎明”号使用了离子引擎外,日本发射的“隼鸟”号也使用了这种引擎。“隼鸟”号是一艘命运多舛的小行星探测器,它的离子引擎在关键时候发生了故障,导致暂时失联和着陆困难,不过科学家们最终还是挽救了这艘探测器。“隼鸟”号于2005年着陆到了一颗名为“丝川”的小行星上。
  “隼鸟”号在宇宙中旅行了7年,穿越了约60亿千米的路程,第一次把小行星物质带回了地球。科学家们研究了“隼鸟”号带回的小行星样本,在其中发现了“陨石铁”,这是一种矿物,在地球上很稀有,但在小行星中却很常见。
  在完成任务的过程中,“隼鸟” 号历经磨难,最终化险为夷,并为它的后继机——“隼鸟”2号总结了经验和教训。“隼鸟”2号小行星探测器于2014年12月3日发射,将对小行星进行第二次采样并运回地球。
  “尼尔·苏梅克”号
  小行星探测器“尼尔·苏梅克”号访问的是433号小行星,这颗小行星更为人所知的名字是“爱神”。“爱神”是人类发现的第一颗近地小行星,它原是火星和木星之间的小行星带成员,后来在木星和其他行星引力的扰动下,才进入了现在这个较靠近地球的轨道,成了一颗近地小行星。现在,人们已发现了越来越多的这种近地小行星,其中大约有1500颗被认为是对地球有潜在威胁的小行星,它们都有可能撞上地球,因此受到科学家们的严密监视。
  “尼尔·苏梅克”号的目的是近距离靠近一颗近地小行星,对这种小行星的形状、重力、质量、密度、磁场强度和化学组成进行全面的研究,从而丰富人们对小行星的认识,并回答有关地球和太阳系起源的一些问题。2000年,“尼尔·苏梅克”号与“爱神”的“约会”终于成功了,它被“爱神”所俘获,成了一个环绕“爱神”运行的人造天体,那一天恰恰是西方的情人节。
  “尼尔·苏梅克”号围绕“爱神”飞行了1年时间,从不同的高度、角度为“爱神”拍摄了16万张照片。在燃料即将告罄的时候,科学家们将没有着陆装置的“尼尔·苏梅克”号降落到“爱神”上,使其成为不仅是人类第一颗围绕小行星旋转的探测器,也是第一颗降落在一颗小行星上的探测器。
  小行星的真面目
  小行星探测器使人类对小行星有了前所未有的了解。现在人们知道,有些小行星是金属的,它们来自古老行星的核。当这些行星被撞碎后,内部熔化了的金属核便四散着喷射开来,然后凝结成了金属小行星;更多的小行星则是石头的,它们的组成是硅酸盐,类同于我们地球上的岩石;还有一些更普通更原始的小行星则富含碳和复杂的有机化合物,它们也许只是一些松散的碎块,可能被不断地撞碎过,然后又重新聚在了一起。
  人们发现,灶神星和谷神星代表了两种完全不同的特质,前者是一个干燥的星体,后者则被怀疑拥有一个含水层,它们仿佛来自完全不同的世界。科学家们相信,探索灶神星和谷神星为何如此不同的原因有利于了解早期太阳系行星的形成过程。至于小行星“丝川”,它看上去完全是一块“乱石堆”。“丝川”的表面没有陨石坑,这可能与它松散的结构有关。由于结构松散,即使陨石砸在了“丝川”上,它的表面也难以形成长久的陨石坑,它们很容易被其他石块所填平。与“丝川”相比,“爱神”的密度要高得多,它是一块大石头,长约32千米,形状像长形的马铃薯,又像一粒未去壳的花生,人们还称它为“胖香蕉”。由于这样的外形,当初“爱神”在接近地球时,便引起了很多的猜测。人们发现,这颗星的亮度随时在改变,细心观察还可测出这种变化的周期是5个多小时。于是人们认为,“爱神”实际上是两颗相互绕着对方旋转的小天体,后来又猜它的上面有明暗两个区域。直到“尼尔·苏梅克”号接近了“爱神”,人们才明白这种奇怪的变光现象是其古怪的形状造成的。由于它是一个表面起伏不平的柱体,自转的时候就会显示不同的光度变化,每当它自转一周,它的光度变化就会重复一次。
  “尼尔·苏梅克”号证实“爱神”的表面主要成分为硅酸盐和金属铁,它的上面也有许多碎石,这表明爱神星与其他天体发生过多次碰撞,但“爱神”不是“丝川”那样的“乱石堆”,它的表面布满了陨石坑、石块,还有山脊和凹槽。科学家们对许多地方都进行了命名,例如一个5.5千米宽的陨石坑被命名为“普赛克”,在希腊神话中,普赛克是伊洛斯至死不渝的恋人。另一个鞍形凹地被命名为“希马洛斯”,这也与爱情有关。当然,科学家们也没有忘记中国爱情故事中的男女主角,他们将“爱神”上的两个陨石坑分别命名为“林黛玉”和“贾宝玉”。
  “奥西里斯-雷克斯”的使命
  “爱神”的重量高达7万亿吨,假若砸中了地球将是非常可怕的。不幸的是,“爱神”经常靠近地球。1901年,“爱神”从离地球4800万千米的地方经过。1931年更近,为2600万千米。“爱神”最接近地球的时候是1975年1月23日,大约2200万千米。2012年,“爱神”又一次回来了,当年1月31日是它本次回归距地球最近的时候,不到2700万千米。“爱神”在2014年6月也回归了一次,不过离地球比较远了。它的下两次回归将发生在2016年8月和2018年12月。
  我们知道,近地小行星是太阳系中的“不守纪律者”。由于轨道的奇异特性,它们的轨道与地球轨道相交,常常窜到地球附近,令天文学家们大感紧张。事实证明,这种担心绝不是“杞人忧天”,因为恐龙很有可能就是被这种天体灭绝的。天文学家们认为,仔细地研究“爱神”是我们认识近地小行星的一个重要途径,也正是出于这种想法,人们才发射了“尼尔·苏梅克”号小行星探测器。
  和“爱神”相比,“贝努”接近地球的周期要长一些,为每6年接近地球一次,不过它更加让人提心吊胆。通常情况下,当一颗小行星靠近地球不足750万千米时,它就被认为是离地球太近了,但“贝努”将大大突破这个距离,到2135年,它与地球的距离最近时将不足30万千米。
  研究“贝努”将进一步拓展人们对小行星的认识,而提取“贝努”上的表面物质则是小行星探测器最可以胜任的太空任务,这也正是人们发射小行星探测器“奥西里斯-雷克斯”的目的。预计2019年,“奥西里斯-雷克斯”便靠近“贝努”了,这时,它要进入到一个距“贝努”不足5000米的轨道,并为这颗小行星成像。接下来,根据了解到的地表情况,它要尽可能地接近地面,然后伸出它的机械臂在小行星上抓取一块表面土壤。大约在2023年,它将把这块土壤带回地球。
  不论是探索太阳系起源之谜,还是解除小型天体撞击地球的威胁,小行星探测器都在发挥着和彗星探测器同样重要的作用,尤其在解除小行星撞击地球的威胁方面,由于小行星撞击地球的事件在地球的历史上曾经存在,未来同样的事情也肯定会发生。人们必须尽可能赶在这种事发生以前找到应对的方法。发射小行星探测器研究小行星,甚至对小行星采取相应措施将其推离危险轨道,这必将成为人类未来的重要工作。
  这是一场和时间进行的比赛,也许人类还有充足的时间,也许时间已经不多了。
  【责任编辑】庞 云
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