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菲莱:10年“追星”不寻常

  • 发布时间:2014-11-17 05:53:19  来源:经济日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  ①研究人员选定在彗星的头部位置投放“菲莱”。②“菲莱号”在彗星上空3公里处所拍照片。 (资料图片)

  前后20年时间,行程64亿公里,花费13亿欧元……只为一颗仅一座山那么大、在太空中并不起眼的小小彗星“67P”,欧洲航天局花费不可谓不大。这颗“鸭子”形状的迷你星球,到底可能蕴藏着怎样的宇宙奥秘,值得人类这般为之不倦探索、孜孜以求?——

  10年准备10年紧追

  经过64亿公里的漫长旅行,人类终于穿越了茫茫太空的阻隔,在苍凉无垠的浩瀚宇宙中,第一次走近一颗彗星,轻轻地发出一句意味深长的问候。

  地球到月球,大约38万公里;地球到太阳,平均距离约1.5亿公里。面对64亿公里这样天文数字的距离,“万水千山”这样的词汇都已经黯然失色。

  “67P/丘留莫夫-格拉西缅科”,这是科学家为“67P”起的名字。天上的星星多得数不清,为什么单单选择了“67P”?欧洲航天局的高级科学顾问马克·麦克科汉说,彗星一般都远离太阳,其“生命”中最靠近太阳可能只有一次。“因此我们要选择一颗现在靠近太阳、但此前很久没有靠近太阳的彗星。”

  为了这次“约会”,欧洲航天局从1993年就开始了“罗塞塔”计划,前后耗资约13亿欧元,以至于有人形容“罗塞塔”的探测任务为“十亿美元的赌博”。

  所幸的是,它成功了!彗星探测器“罗塞塔”携带着小家伙——“菲莱”登陆器,于2004年3月升空,经过超过64亿公里的太空飞行,终于在距离地球4亿公里的太空追上正不断逼近太阳的彗星“67P”,今年8月6日,欧洲航天局宣布,“罗塞塔”与“67P”实现“第一次亲密接触”。

  随后3个月,两者并肩飞行,“罗塞塔”从一旁观察彗星;“结伴而行”中,“罗塞塔”进一步探究彗星,并锁定了合适的着陆地点。

  北京时间10月13日零时5分许,“菲莱”确认成功登陆彗星“67P”。这次成功登陆标志着人类发射的航天器首次在一颗高速运行中的彗星表面着陆。在人类探索太空的历史上,这是一个重大的里程碑。

  危险的亲密接触

  为了和“67P”“亲密接触”,“菲莱”登陆器冒着“粉身碎骨”的危险。网友们亲切地把“菲莱”称作“韭菜”,除了它们的字形很相似外,可能也因为在变幻莫测的太空,这个重100公斤、像电冰箱一样大小的物体,确实如同一株韭菜般脆弱。

  的确,这颗“韭菜”要想安稳着陆,可不是件容易的事。麦克科汉介绍,其面临的最大挑战是着陆器是根据原来确定的彗星Virtanen设计的。此外,“67P”表面凹凸不平,给着陆出了不少难题。同时,“67P”和“罗塞塔”都朝着太阳方向运动,彗星表面会因温度升高而更活跃,出现很多气体和灰尘等飘浮物,这不利于着陆。

  早前,科学家认为该任务失败的概率很高,即便出现最小的差错,也会使得登陆任务前功尽弃,即“菲莱”撞上彗核表面的岩石或跌入悬崖中。“罗塞塔”项目主管帕罗·费里解释说:“飞船在距离彗星只有22公里的高度上飞行,这大约相当于商业航班飞行高度的两倍左右。然后在某一时刻向下丢下一个盒子,希望它能准确地落在一座山上的某一个位置上,误差不能超过一平方公里。”着陆点附近就有陡峭的悬崖和很深的陨石坑,任何偏差都将要了“菲莱”的命。

  在排除了几个过于危险的登陆地点以后,项目人员最终选定了一个方圆一千米的区域作为着陆点,并将其命名为“Agilkia”。由于探测器距离地球达到了5.09亿公里,因此无线电的信号传输也需要经受住考验,信号延迟大约28分钟20秒,由欧洲航天局的地面通信站完成。

  欧洲航天局在“罗塞塔”项目的博客主页留言道:11日晚,“罗塞塔”经过了最后一轮系统测试,确定它处于正确轨道上;午夜,地面控制人员检测了遥控指令程序,为“菲莱”与“罗塞塔”分离做好准备;接下来,控制人员还确认“菲莱”状况良好。12日,欧洲航天局位于德国达姆施塔特的欧洲空间运转中心证实,“罗塞塔”已于欧洲中部时间12日9时35分释放“菲莱”着陆器。接下来,“菲莱”以每小时3.5公里、几乎等同于步行的速度向彗星靠近,“走”完最后的22.5公里路程。7个小时后,它才抵达彗核。

  “67P”彗星表面的重力十分微弱,以至于如果一名宇航员站在这颗彗星的表面上,只需轻轻一跳就能摆脱其万有引力的束缚。“菲莱”使用了两个鱼叉及其三条长“腿”上的螺旋冰锥,以固定自己。登陆后,“菲莱”向地球发回首张着陆点全景照片,其携带的10个实验仪器也将对彗星的土壤、磁场等情况展开测量分析。

  雪藏秘密的“冰箱”

  “67P”,既不“高”——大小只相当于勃朗峰(阿尔卑斯山脉的最高峰);也不“帅”——形状像一个不规则的橡皮鸭,表面布满悬崖和斜坡,还有大大小小的坑洞和巨石。但它也许能告诉我们一直苦苦寻求的真相:太阳系如何起源?生命从何孕育?

  我们之所以如此兴师动众、“不远亿里”来“追星”,是因为“67P”就像一个飞行的“冰箱”,保存着太阳系最原始的物质,等待着我们去揭开生命起源的“谜底”。

  天文学家认为,彗星是太阳系内部行星形成过程中留下的冰质残留天体,由太阳系诞生初期的物质组成,由于它们自身温度极低,并置身于“天寒地冻”的宇宙空间,因此自太阳系诞生以来,彗星成分几乎不变。彗星“67P”就诞生于46亿年前太阳系形成初期。与地球上地质变化频繁不同,彗星上变化较少,科学家们期待,对彗星进行研究将有助于揭开太阳系形成的诸多奥秘,有助于科学家改进太阳系模型,更好地认识一颗行星是如何变得适合生命繁衍的。

  迄今,“罗塞塔”已经动用多重“感官”了解“67P”:它7月曾对目标彗星拍照。照片显示,与许多人预想的不同,这颗彗星并不像个土豆,而更像一只鸭子,预示着“67P”可能由两颗彗星相撞而成。10月,“罗塞塔”自身携带的科学仪器发现,“67P”挥发化学成分的“气味”类似于臭鸡蛋和醋的混合。欧洲航天局11日说,他们收集到了这颗彗星的“声音”,这种响声可能由其发射的粒子带电发出。

  “罗塞塔”已经创造了历史,这艘无人太空探测器在环绕目标彗星运转的过程中收集了截至目前有关其内核成分、围绕内核的气状物成分以及内核表面地图的最为详尽的信息。

  “罗塞塔”将告诉世人,地球上的海洋是不是亿万年前彗星撞击所带来的结果,以及彗星撞击是否带来了所有生命的基础材料:水和简单的有机分子,从而为生命的形成铺平了道路。

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  “罗塞塔”远征记

  □ 2004年3月,“罗塞塔”探测器由一枚阿丽亚娜5型火箭运载,从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空,任务是在2014年追上目标彗星“丘留莫夫-格拉西缅科”并释放着陆器“菲莱”。由于动力系统不足以将其直接送往彗星,探测器采取借助地球和火星引力的方法,4次调整速度和轨道,迂回抵达目标彗星,这一过程耗时10年。

  □ 2005年3月,“罗塞塔”首次借助地球引力改变速度和轨道,并于2007年分别向火星和地球“借力”调整飞行。2009年11月,“罗塞塔”第三次也是最后一次飞掠地球,借力调速变轨。在此期间,它也对火星和沿途遇到的小行星进行观测。

  □ 2008年9月,“罗塞塔”近距离飞掠小行星“斯坦斯”,用所携导航相机及光学和红外成像系统对其进行全方位观测,并将数据传回欧航局。

  □ 2010年7月,“罗塞塔”近距离飞掠小行星“鲁特西亚”,并传回首批高清照片。观测结果证实,这颗小行星表面布满陨石坑,说明它曾多次遭受剧烈撞击。

  □ 2011年6月,为节省能源,“罗塞塔”探测器进入“深度睡眠”。经过31个月休眠后,“罗塞塔”的轨道重新接近太阳。

  □ 2014年1月20日,探测器的闹钟系统依据欧航局指令,按时启动探测器上的重要系统,使其重新工作。

  □ 2014年7月,“罗塞塔”距目标彗星1.4万公里时拍摄的照片显示,“丘留莫夫-格拉西缅科”彗星由两部分连接而成,形似一只橡皮鸭。8月,已飞行超过64亿公里的“罗塞塔”成功进入目标彗星的运行轨道。

  □ 2014年9月,科学家在上述“橡皮鸭”彗星的头部为“菲莱”选定着陆点。

  □ 2014年11月12日,“罗塞塔”与“菲莱”分离,“菲莱”借助目标彗星的引力飞向着陆点。此后,着陆器将紧紧附着在彗核上,一同飞向太阳,从而观察彗核物质如何在阳光作用下蒸腾喷发。预计此次探测任务将于2015年12月结束。

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