人類探測(cè)器的彗星之旅

王瑞良

2004年3月，耗費(fèi)近14億歐元打造的羅塞塔號(hào)彗星探測(cè)器，搭載在阿麗亞娜5型火箭上，從法屬圭亞那航天中心升空。經(jīng)過(guò)近128個(gè)月、約64億千米的太空飛行，終于追上了它的目標(biāo)——67P/丘留莫夫—格拉西緬科彗星……

晴朗的夜晚，當(dāng)人們仰望星空，常常會(huì)看到一個(gè)朦朧模糊的小光點(diǎn)，從不知什么地方冒了出來(lái)，不久便伸延出一條長(zhǎng)長(zhǎng)的、閃亮的“尾巴”，宛若一把笤帚從夜空中飛馳而過(guò)，這就是被人們俗稱為“掃帚星”的彗星。

在科學(xué)水平并不發(fā)達(dá)的古代，人們對(duì)彗星常常抱有神秘感或恐懼感，把它看作不祥之兆。1910年，當(dāng)著名的哈雷彗星出現(xiàn)時(shí)，世上竟有謠傳說(shuō)“可怕的彗星將與地球相撞，世界末日即將來(lái)臨”，一時(shí)弄得人心惶惶，而哈雷彗星當(dāng)時(shí)只是與地球擦身而過(guò)。這種迷信甚至延續(xù)到現(xiàn)代——1997年，當(dāng)一顆名為海爾-波普的彗星在天空中達(dá)到最亮之際，美國(guó)邪教“天堂之門”的30多名教徒竟然集體自殺，欲“追隨彗星而去”。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和眾多高精度天文望遠(yuǎn)鏡的問(wèn)世，人們開始科學(xué)地看待彗星，并逐漸認(rèn)識(shí)到它對(duì)于人類的重要價(jià)值。

2014年最熱門的科學(xué)新聞是什么？也許每個(gè)人都有自己的答案，但是有一個(gè)事件引發(fā)了人們最高熱度的關(guān)注，它不僅入選了由《科學(xué)美國(guó)人》評(píng)出的2014年世界十大科學(xué)新聞，更是被《科學(xué)》評(píng)為年度十大科學(xué)突破之一。這個(gè)事件就是羅塞塔號(hào)彗星探測(cè)器（以下簡(jiǎn)稱羅塞塔）成功追上67P/丘留莫夫—格拉西緬科彗星（以下簡(jiǎn)稱67P），并最終在彗星的上空停留，成為它的人造衛(wèi)星。這顆歸屬歐洲空間局的探測(cè)器，終于完成了它最重要的使命。

2014年11月12日，羅塞塔號(hào)到達(dá)位于太陽(yáng)系邊緣、距地球約5.1億千米的67P彗星上空，將一個(gè)重約100千克的登陸器菲萊，準(zhǔn)確地投放到直徑只有4千米的彗核上，并在間隔了28分鐘20秒之后，傳回一批對(duì)探索太陽(yáng)系奧秘有著重要價(jià)值的資訊。這既是人類探測(cè)器與彗星的首次親密接觸，更是宇宙深空探測(cè)的一項(xiàng)重大進(jìn)展，這次行動(dòng)的成功掀開了人類探索太陽(yáng)系的新篇章。

彗星的起源可追溯至46億年前太陽(yáng)系形成之時(shí)，它們是當(dāng)時(shí)的天體互相碰撞或爆炸后遺留至今的一些碎片。因此，彗星的體積都不大，平均只有千米級(jí)，這在宇宙中就如同一粒塵埃。在太陽(yáng)系中，除67P彗星外，還有其他5顆彗星也吸引著人們的注意力，它們分別是哈雷彗星、蘇梅克-列維9號(hào)彗星、海爾-波普彗星、坦普爾1號(hào)彗星和維爾德2號(hào)彗星。

由于彗星是由太陽(yáng)系誕生初期的物質(zhì)構(gòu)成的，且一直處于溫度極低的宇宙空間，所以46億年來(lái)，其“體質(zhì)”幾乎沒(méi)有發(fā)生變化，始終保存著太陽(yáng)系初期的資訊，因而彗星又被稱為“時(shí)間膠囊”?？茖W(xué)家認(rèn)為，彗星一定保存著許多關(guān)于太陽(yáng)系形成的奧秘，通過(guò)研究這些資訊，或許能幫助人類打開通向太陽(yáng)系古老歷史的大門。

此外，科學(xué)家還將地球上的水和彗星聯(lián)系在了一起。眾所周知，水是生命之源。地球上的生命就是在水中從無(wú)機(jī)物到有機(jī)物，一步一步演化而來(lái)的，并最終產(chǎn)生了人類。那么地球上的水又是從何而來(lái)的呢？人們猜想，一個(gè)個(gè)好似“雪球”、含水量極高的彗星會(huì)不會(huì)在撞擊地球時(shí)，將水或冰帶到了地球？如果假設(shè)成立，那么是否可以說(shuō)是彗星把生命的種子播撒在了地球上呢？不論事實(shí)的真相究竟如何，人們都期望能從對(duì)彗星的探測(cè)研究中找到答案。

開創(chuàng)歷史

當(dāng)科學(xué)家意識(shí)到彗星的寶貴價(jià)值后，便一直設(shè)想能有探測(cè)器登陸彗星，對(duì)它們進(jìn)行深入研究。而隸屬歐洲空間局無(wú)人太空船計(jì)劃的羅塞塔號(hào)彗星探測(cè)器，就是匯集了數(shù)千名科學(xué)家智慧的代表作。

在眾人關(guān)注的那一天，羅塞塔號(hào)沒(méi)有辜負(fù)大家的期望，它成功釋放了登陸器菲萊，而菲萊則克服了垂直降落距離高、彗星直徑和引力小、形狀不規(guī)則、空間環(huán)境復(fù)雜等一系列障礙，成為首個(gè)在彗星實(shí)現(xiàn)軟著陸的探測(cè)器。

菲萊降落彗星表面后，立刻利用所攜帶的10種設(shè)備，對(duì)彗星的大氣、土壤、磁場(chǎng)等展開測(cè)量分析，共完成了57小時(shí)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，在電量耗盡前，傳回了不少寶貴的科學(xué)數(shù)據(jù)。

它的氣體分析儀“嗅到”了67P彗星揮發(fā)的化學(xué)成分的味道——一種類似于臭雞蛋和醋的混合味。它還在彗星的土質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)了首批包含碳元素的有機(jī)分子和細(xì)胞中的重要成分氨基酸，這些元素是地球生命的基礎(chǔ)。但在目前，人們還無(wú)法證實(shí)上述成分中是否包含構(gòu)成蛋白質(zhì)的復(fù)雜化合物——正是這些復(fù)雜化合物，最終孕育了地球生命。

兩臺(tái)被稱為羅西娜的光譜儀也完成了自己的任務(wù)——分析了彗星上的水。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，彗星上的水遠(yuǎn)不同于地球上的水，其重氫與氫的比例是地球水的3倍。這是到目前為止，在太陽(yáng)系中測(cè)到的重氫與氫之間的最高比例。這項(xiàng)研究表明，地球上的水不可能來(lái)自67P彗星。但也有科學(xué)家認(rèn)為，目前這種說(shuō)法仍不確定，必須等到彗星取樣與成分分析和演化氣體分析儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果出來(lái)后，才能有所定論。

菲萊還記錄到了67P彗星發(fā)出的“聲音”——一種可能是由其發(fā)射的帶電粒子產(chǎn)生的音效。此外，菲萊攜帶的一臺(tái)熱傳感器，在探測(cè)彗星表面40厘米以下的物質(zhì)時(shí)，竟然在10～20厘米處遇到了一層像冰一樣的堅(jiān)硬物質(zhì)?？上У氖牵捎诜迫R的電量耗盡，探測(cè)工作無(wú)法再繼續(xù)。

從2014年11月15日起，菲萊已經(jīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，與地面失去了聯(lián)系。不過(guò)，隨著67P彗星逐漸靠近太陽(yáng)，只要菲萊能夠及時(shí)調(diào)整位置，獲取到足夠的太陽(yáng)光，那么再度蘇醒，并繼續(xù)工作也是完全有可能的。屆時(shí)，一套共享的雷達(dá)系統(tǒng)將會(huì)在彗星表面大門被敲開后，更深入地探測(cè)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

困難依舊

如今，由菲萊成功登陸而帶來(lái)的興奮感，已經(jīng)無(wú)法再刺激守候多年的科學(xué)家了。他們正在對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致分析，以迎接下一階段將要面臨的挑戰(zhàn)。

目前，羅塞塔號(hào)正陪著67P彗星在一個(gè)橢圓形軌道上繞著太陽(yáng)飛行，距離太陽(yáng)越來(lái)越近，預(yù)計(jì)將于2015年8月抵達(dá)近日點(diǎn)，而周圍的溫度也將逐步升高。這種情況對(duì)下一步的探測(cè)研究非常有利，那時(shí)人們可以觀測(cè)到一個(gè)變得更為“活躍”的彗星?？茖W(xué)家不僅可以了解到這些冰凍巖層在接近太陽(yáng)時(shí)所發(fā)生的變化，還能觀測(cè)到太陽(yáng)噴發(fā)出的氣體和灰塵情況。

但不斷升高的溫度也會(huì)帶來(lái)新的考驗(yàn)：菲萊的隔熱設(shè)計(jì)只讓它在彗星表面堅(jiān)持到了今年3月底，之后它將會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而停止工作，改由羅塞塔號(hào)繼續(xù)圍繞67P彗星運(yùn)轉(zhuǎn)，觀察它接近和遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)的變化。當(dāng)彗星到達(dá)近日點(diǎn)、溫度進(jìn)一步升高后，它所揮發(fā)的物質(zhì)也會(huì)大量增加，這將對(duì)菲萊構(gòu)成嚴(yán)重威脅，甚至?xí)斐善錃缧該p壞。

而羅塞塔號(hào)的燃料也將在2016年年底耗盡，屆時(shí)，對(duì)于它的命運(yùn)抉擇也將考驗(yàn)歐洲空間局：是讓它留在目標(biāo)彗星的軌道上繼續(xù)飛行，還是讓它與菲萊一樣，也降落在彗星表面，并永遠(yuǎn)留在那里，哪怕是在整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)關(guān)閉之后……眾多棘手的問(wèn)題，仍需要科學(xué)家妥善思考并處理。

之前，人類對(duì)彗星的探測(cè)多為飛近探測(cè)，而羅塞塔號(hào)則讓人們更加細(xì)致地觀測(cè)了彗星。但成功登陸彗星只是一項(xiàng)偉大冒險(xiǎn)活動(dòng)的開始，希望羅塞塔號(hào)也能如那塊古老石碑一樣，不負(fù)科學(xué)家所寄予的厚望，為人類揭開更多的宇宙奧秘。

漫漫十年追星路

2004年3月2日

羅塞塔發(fā)射升空

2005年3月4日

首次地球借力

2007年2月25日

火星借力

2007年11月13日

第二次地球借力

2008年9月5日

飛越小行星Steins

2009年11月13日

第三次地球借力

2010年7月10日

飛越小行星Lutetia

2011年6月8日

羅塞塔進(jìn)入深度休眠

2014年1月20日

從休眠中蘇醒

2014年8月6日

抵達(dá)67P彗星

2014年11月12日

菲萊成功登陸彗星