罗塞塔“捕捉”彗星疯狂计划深度回顾

2019-10-27 | 见丰网
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罗塞塔“捕捉”彗星疯狂计划深度回顾

日前,外媒newatlas刊文详细讨论了罗塞塔这个首次登陆彗星的大胆计划。就像考古学家用他们的工具对准地球上的物质以此来寻找关于地球遥远过去的线索一样,研究漂浮在太空中的古代遗迹也可以帮助揭示早期太阳系的关键秘密。

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名称:罗塞塔

发射时间:2004年3月

研究对象:67P/ Churyumov-Gerasimenko

目前位置:冻结在67P/ Churyumov-Gerasimenko表面

但当对象是一颗橡胶鸭子状、以135,000公里/小时的速度在太空中翻滚的彗星,而考古学家是一个冰箱大小的机器人,其需要以某种方式降落在上面时会发生什么呢?这是欧航局(ESA)科学家们所面临的两难境地,因为他们开始了一项研究67P/Churyumov-Gerasimenko彗星的史无前例的任务。

虽然以前也有过彗星飞掠的先例,但在ESA罗塞塔号任务刚开始的时候还没有人进入过彗星轨道更别说尝试在上面着陆了。对于航天局来说,接受这一挑战的原因在于,彗星本质上就是一个时间胶囊,其上面冻结的大块冰、岩石和尘埃等物质锁住了45亿年前太阳系形成阶段的关键物质。

因此,除了研究彗星表面之外,深入研究彗星的地下物质也可以帮助揭示关于地球和太阳系其他行星是如何形成的答案。另外,当它靠近太阳并开始释放其高度安全的物质时还形成了其标志性的尾巴和被称为彗发的大气。

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但怎样才能抓到它呢?科学家们对“罗塞塔”探测器从地球到67P/Churyumov-Gerasimenko的旅程做了细致的计划,但很显然这还不够,在飞行过程中仍有许多工作要做。

据悉,罗塞塔于2004年3月搭载Ariane 5 G +火箭升空,然而当时没有足够的推力使其进入67P/Churyumov-Gerasimenko的轨道。取而代之的是,罗塞塔进行了一次火星飞越、三次地球飞越和绕木星向彗星进行弹弓效应,这一系列的工作大概花费了10年时间。在此期间,任务控制中心一直在调整罗塞塔的轨道,据了解,来自地球的指令需要50分钟才能到达探测器。当罗塞塔最终到达67P/Churyumov-Gerasimenko之后, 它终于结束了64亿公里的旅程和31个月的冬眠期。

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在罗塞塔创造历史并于2014年8月进入67P/Churyumov-Gerasimenko轨道之前,任务科学家对这颗彗星的表面知之甚少。但这种情况很快发生改变,当探测器瞄准它的4公里宽的目标时,一幅比人们此前预想的更参差不齐的世界开始慢慢出现在人们目前。

通过罗塞塔在三角轨道的早期观察了解到,这颗彗星失去水的速度达到了每秒300毫升、其表面平均温度为-70°C,这暗示着这是一颗特别黑暗、肮脏的彗星,它会吸收阳光而不是反射。

从这个地方开始,罗塞塔的成像仪器开始确定放下重达100公斤的“菲莱”号着陆器的位置。这个冰箱大小的机器人实验室装满了包括摄像机、成像系统、光谱仪、气体分析仪和测量声学设备等在内的科学仪器。重要的是,它还有一个钻洞系统,其可以钻到彗星表面下9英寸的位置收集样本来分析彗星的化学成分。

但将着陆器降至彗星表面跟在一颗行星或卫星着陆则是完全不一样的挑战。当罗塞塔绕67P/Churyumov-Gerasimenko轨道飞行并绘制其表面地图时,任务控制中心权衡了各种选择希望找到拥有最大可能的科学回报且不会危及任务安全。

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按照科学家的说法,着陆地需要一平方公里的干净空间,那里没有斜坡、大石头以及其他危险因素,另外还需要能够暴露在阳光下这样着陆器才能获得能源。此外,它还需要能跟罗塞塔进行无线通讯的明确地点。而最重要的是,团队需要避免在彗星接近太阳的时候着陆,因为此时释放出来的气体可能是最危险的障碍。

最终,科学家们选择了J号地点作为菲莱的软着陆点。2014年11月12日,研究小组从母船上释放了菲莱并把它送上了彗星表面。

在没有动力的情况下,着陆器依靠彗星极其微弱的引力场向67P/Churyumov-Gerasimenko方向漂移。整个过程持续了7个多小时,而在这个过程中,着陆器拍摄了告别图像并测量了沿途磁场。

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当在彗星表面着陆时,一套钻头在彗星上钻孔同时用鱼叉将菲莱固定在原地--至少任务控制中心是这么认为的。然而不久之后,控制中心通过遥测数据得知,这个锚定设备实际上已经失灵导致着陆器弹回太空,并且是一次而是两次。最终,它被困在了距离其原计划所在地约1公里的J点的一个洞里。

此时,菲莱侧身躺在阴影中,它的三条腿只有两条接触到彗星表面,它的一些太阳能电池板则被彗星尘埃覆盖从而无法获得维持电池充电和仪器运转所需的太阳能。

菲莱可以依靠原来已经充满电的电池运行大约60个小时时间。为此,研究小组指示着陆器启动所有仪器并通过罗塞塔传回尽可能多的数据。在这个相对较小的发现窗口中,菲莱实际上完成了它最初设定的科学研究的80%并向地球传回了宝贵的数据。在某种程度上,它也算是完成了在彗星的首次钻探。

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虽然这些指令完成,但后来的分析结果却令人遗憾,因为钻探仪器实际上并没有到达地面,所以它没有科学意义。

电池耗尽后,菲莱进入休眠模式。大约6个月后,ESA指示罗塞塔号在8天的时间里向正在睡觉的着陆器发送唤醒信号,但并没有得到回应。

几个月后,也就是2015年6月,菲莱奇迹般地出现了一些生命迹象,在将近四周的时间里它断断续续地联络了8次。除了这些零星的信号外,该着陆器一直处于隔绝状态,在2016年7月,ESA决定跟它永远告别。

虽然菲莱号的部分任务可能永远实现ESA最初希望的那样,但在一颗彗星上着陆--尽管有点笨拙--但仍算是太空探索的一个里程碑式成就。而还在67P/Churyumov-Gerasimenko轨道的罗塞塔仍在继续着对这颗彗星的科学数据收集。

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通过罗塞塔的观测,人们现在知道了在67P/ Churyumov-Gerasimenko彗星上存在活跃的沉洞并且这颗彗星闻起来像臭鸡蛋--一种由彗星表面的氨、氢和其他化学物质产生的气味。另外,这颗彗星还曾有一颗暂时性的小卫星,彗星的颜色则比木炭还黑。另外,它的大气中含有被认为是生命基石的关键氨基酸和分子,而且它的表面还有大量的水冰。

2016年9月,罗塞塔轻轻撞向了67P/ Churyumov-Gerasimenko,而在最后一刻到来之前它仍继续收集着数据,并由此为其12年的历史性旅程画上了一个戏剧性的句号。

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【责任编辑:阿诺】
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