“羅塞塔”：彗核探測的先行者

尹懷勤

從前，人們把彗星稱為“掃帚星”，認為它是不祥之兆和災(zāi)難象征。而現(xiàn)在我們知道，彗星同八大行星以及眾多小行星一樣，也是太陽系家族的一類成員，只不過它們的軌道比較特殊而已。凡是繞日運行的彗星均被稱為周期彗星，它們的軌道都是很扁的橢圓，可以提前算出其到達遠日點和回歸近日點的時間。

當彗星沿著自己的運行軌道接近太陽時，它即分為中央密實而明亮的彗核、霧狀的彗發(fā)和長長的彗尾三個組成部分。由于彗星是太陽系最原始的天體，自太陽系誕生以來，它們幾乎始終保持著形成初期的狀況，一直儲存著那時的重要信息，同時還可能攜帶孕育生命的種子，因此引起了人類的關(guān)注。此前，科學(xué)家們已用航天器從外層空間或就近交會對彗星進行探測研究?，F(xiàn)在，歐空局的“羅塞塔”探測器又從沉睡中醒來，即將抵達目標彗星，并將首次在彗核登陸。

首訪彗核

自1984年至20世紀末，人類已用多個航天器對5顆各具特征的彗星進行了探測、觀測和拍攝，并獲得了一批重要的數(shù)據(jù)資料，但共同缺點是沒有把彗星物質(zhì)帶回地球，也沒有直接著陸彗核進行研究。

直到2004年，美國的“星塵”號探測器在距地球約3.9億千米處，成功實現(xiàn)了與“懷爾德”2號彗星近距離接觸，用10個小時穿越了該彗星的彗發(fā)，捕獲到了彗星塵埃樣本并將其帶回地球。而正在飛近目標彗星的“羅塞塔”探測器，則是對彗星彗核進行探測的先行者。

“羅塞塔”探測器由軌道器和名為“菲萊”的登陸艙兩大部分組成。這兩個名稱取自于埃及的羅塞塔城和菲萊島。兩地分別出土了極具重要文化價值的石碑，近代學(xué)者通過對兩塊石碑上文字的研究，最終破解了已失傳千年的古埃及象形文字的秘密。用其為探測器和登陸艙命名，意在寄希望于它們能夠揭示太陽系誕生和生命來源的奧秘。

定位目標

“羅塞塔”探測器重約3噸，其軌道器上裝備著12臺科學(xué)儀器。登陸艙“菲萊”是個高約80厘米、直徑100厘米的圓柱體機器人，攜帶著9臺最新科學(xué)儀器。

“羅塞塔”探測器起先計劃在2003年1月發(fā)射，于2011年11月開始對維爾塔寧彗星進行環(huán)繞探測，并于2012年7月釋放登陸艙著陸彗核表面進行鉆探研究。但由于火箭故障而錯過了發(fā)射窗口，所以不得不放棄維爾塔寧彗星。最后選擇的探測和登陸目標是丘留莫夫-格拉西緬科彗星。該彗星是1969年由蘇聯(lián)兩位天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)并命名的，其彗核直徑約為4千米，呈橄欖形，在太陽系的飛行時速為13.5萬千米，繞日運行的軌道周期為6.57年。

2004年3月2日，“羅塞塔”探測器終于發(fā)射升空，成功地進入了太空預(yù)定軌道，從而開始了追逐丘留莫夫-格拉西緬科彗星的長途征程。

“羅塞塔”沿著預(yù)設(shè)的追尋軌道飛馳10年時間方能與丘留莫夫-格拉西緬科彗星交會。在此期間，它于2005年3月、2007年11月和2009年11月前后3次飛近地球，并于2007年2月從火星身旁匆匆掠過，目的是借助這兩顆行星的引力提升自己的飛行速度，以節(jié)省推進系統(tǒng)燃料。這種把行星當“跳板”以增速的做法，在飛向遙遠天體的航天器上常被采用。2011年6月，當“羅塞塔”獲得足夠的速度后，科學(xué)家就開始讓它進入冬眠狀態(tài)，并最終陷入沉睡，以保存能源。

在漫長的旅途中，“羅塞塔”還順路探測了從其近旁掠過的小行星，如斯坦小行星和魯特西亞小行星。通過對小行星這類天體的研究，“羅塞塔”正在打開人類通往太陽系早期歷史的窗口。它的探測成果將會幫助科學(xué)家更好地了解行星的起源與演變。

深空著陸

“羅塞塔”探測器已于2014年1月到達距離太陽約6.75億千米的位置，此處正是丘留莫夫-格拉西緬科彗星軌道的遠日點，從而能夠?qū)崿F(xiàn)兩者的交會。為此，1月20日，歐空局控制中心負責(zé)操縱這枚探測器的科學(xué)家重新向它發(fā)出遙控指令將其喚醒。這枚探測器隨后將進行一系列復(fù)雜的飛行動作來觀測由巖石和冰構(gòu)成的丘留莫夫-格拉西緬科彗星。具體地說，就是“羅塞塔”將于5月份到達距丘留莫夫-格拉西緬科彗星彗核幾千米處，并在這一高度的軌道上環(huán)繞彗星運轉(zhuǎn)，成為該彗星的人造衛(wèi)星，并隨著彗星逐漸向近日點飛行。在此期間，它將利用自己攜帶的科學(xué)儀器研究彗核表面的物質(zhì)構(gòu)成及其化學(xué)與物理變化，分析其電磁及引力等特征，并對密度越來越大的彗發(fā)中的氣體和塵埃進行探測，還要繪制彗星圖像，所獲資料將及時傳回地球。這種探測活動將持續(xù)28個月，直到2016年4月方才結(jié)束。

更重要的是，2014年11月11日，“羅塞塔”探測器將釋放“菲萊”登陸艙，著陸于丘留莫夫-格拉西緬科彗星的彗核表面，成為首個在彗星上著陸的航天器。隨即“菲萊”在彗核上進行取樣分析，對其構(gòu)成物質(zhì)進行直接研究。這是迄今為止最具雄心的深空著陸計劃。由于彗核引力很小，故而重為100千克的“菲萊”登陸艙在著陸時用不著制動和安全裝置，就會落到彗核上，并要用叉釘將自身固定住。登陸艙將用攜帶的鉆頭，從彗核表面往下鉆探，從而提取不同深度上的物質(zhì)，并放入專門儀器中進行分析，辨別出礦物和同位素成分，重點尋找是否含有有機物，并用其他儀器研究彗核表面的強度、密度、溫度等物理特性，還要用照相機對周圍環(huán)境進行拍攝，然后將獲得的各種結(jié)果通過“羅塞塔”軌道器傳回地面控制中心。不言而喻，這種登陸研究和實地考察，極有助于破解太陽系形成之謎，將會揭開彗星構(gòu)成的奧秘，解答地球上的水是否源自彗星的問題，從而深化人類對這類形跡詭異的天體的認識，并有可能在有關(guān)生命起源方面獲得新的發(fā)現(xiàn)。如果證明彗星上物質(zhì)組成足以促成生命的發(fā)端，或者說含有孕育生命的成分，那將完全可以令人相信，宇宙空間的很多地方都存在著生命，人類尋找地外生命的愿望總有一天會實現(xiàn)。

【責(zé)任編輯】龐 云endprint