楚留莫夫-格拉西緬科彗星與它的兩位人類使者

文/杜駿豪

2021年11月3日，楚留莫夫－格拉西緬科彗星（簡(jiǎn)稱：67P/CG）到達(dá)了近日點(diǎn)，并于北京時(shí)間2021年11月12日8:50到達(dá)近地點(diǎn)，距離地球最近時(shí)約6100萬(wàn)千米。雖然它每6.44年繞太陽(yáng)一周，但下一次離地球這么近要等到2214年11月16日了。

這顆黯淡的彗星亮度最高時(shí)僅有8等，但它仍舊是目前為止人類最為充分了解的彗星之一——2004年歐洲空間局發(fā)射了著名的羅塞塔號(hào)探測(cè)器與“菲萊號(hào)”著陸器前往彗星67P進(jìn)行近距離探測(cè)，我們有幸一睹這顆彗星上嶙峋的峭壁與爛漫的光芒。

發(fā)現(xiàn)

1969年，24歲的格拉西緬科（1937-2016）在蘇聯(lián)阿拉木圖天體物理研究所工作。9月11日她使用50 厘米口徑馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡拍攝了一張科馬斯·索拉彗星（編號(hào)32P）的照片。10月22日，她的同事，來(lái)自基輔國(guó)立大學(xué)天文臺(tái)的楚留莫夫（1945- ）檢查這組照片時(shí)發(fā)現(xiàn)一顆光斑與彗星32P的理論位置有所偏差，甚至比彗星32P還要明亮——那是一顆新的彗星！

他們立即向國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)報(bào)告了觀測(cè)數(shù)據(jù)，就這樣，一顆新的彗星在誤打誤撞中被發(fā)現(xiàn)了。這顆彗星被命名為楚留莫夫-格拉西緬科彗星，編號(hào)67P。

彗星通常在偏心率很高的橢圓軌道、拋物線軌道或雙曲軌道上運(yùn)行，并且它們的軌道周期范圍很廣，從幾年到幾百萬(wàn)年不等，因此彗星常被人們稱作“時(shí)間膠囊”。

2020年7月回歸的新智彗星（編號(hào)C/2020 F3）周期為4500年左右，上一次回歸地球時(shí)，它正被建造胡夫金字塔的工人們凝視。更為著名的哈雷彗星（編號(hào)1P）周期為76.1年，足夠幸運(yùn)的人能夠在一生中見(jiàn)證兩次哈雷彗星的回歸。而楚留莫夫-格拉西緬科彗星的周期為6.44年，上一次回歸時(shí)，地球上還未曾有新冠病毒肆虐，下一次回歸時(shí)，地球又將變成什么樣呢？

彗星表面多有揮發(fā)性的冰與塵埃，在接近太陽(yáng)時(shí)，太陽(yáng)輻射及太陽(yáng)風(fēng)會(huì)將這些冰與塵埃吹起，形成長(zhǎng)長(zhǎng)的彗發(fā)，彗發(fā)甚至?xí)d延一個(gè)天文單位以上。彗星回歸時(shí)最為震撼人心的便是它長(zhǎng)長(zhǎng)的彗發(fā)，也就是在中國(guó)古代封建社會(huì)被視為不祥之兆的“掃把星”。

現(xiàn)代天文學(xué)界有觀點(diǎn)認(rèn)為彗星可能是地球上大量水的源頭：大約40億年前，彗星撞擊年輕的地球帶來(lái)了大量的水，使地球形成海洋，能夠孕育生命。此外，也有研究證明彗星含有多環(huán)芳烴、氨等物質(zhì)，在撞擊地球后可能會(huì)形成氨基酸甚至蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)，為早期生命孕育提供條件。對(duì)彗星的研究與探測(cè)向來(lái)離不開(kāi)對(duì)地球生命起源的思索與追尋。

探測(cè)

▲ 彗星67P與它的噴流，羅塞塔探測(cè)器于2015年4月15日距離彗星約162千米時(shí)拍攝

▲ 彗星67P軌跡圖示

截至2021年11月，共有4584顆彗星被發(fā)現(xiàn)、命名。然而這僅占潛在彗星總數(shù)的極小部分，因?yàn)橥馓?yáng)系中類彗星體的數(shù)量估計(jì)有1萬(wàn)億之多。彗星67P是幸運(yùn)的，它有幸成為這萬(wàn)億顆彗星中有人類探測(cè)器拜訪的8顆彗星之一，并且是人類第一顆實(shí)施軟著陸的彗星——?dú)W空局在2004年發(fā)射了重達(dá)3噸的羅塞塔號(hào)探測(cè)器，并攜帶了一顆重約100千克的菲萊號(hào)著陸器，前往67P彗星探測(cè)。

“羅塞塔號(hào)”名字來(lái)源于羅塞塔石碑，上面刻有公元前196年埃及國(guó)王托勒密五世的詔書。菲萊著陸器的名字與之相似，來(lái)源于菲萊方尖碑，上面刻有希臘和古埃及象形文字雙語(yǔ)的銘文?？脊艑W(xué)家通過(guò)這兩具石碑解讀出已失傳千余年的埃及象形文字?！傲_塞塔號(hào)”與“菲萊號(hào)”的名字也有如此的韻味——科學(xué)家們希望它們解讀太陽(yáng)系與地球億萬(wàn)年來(lái)形成、演化乃至生命起源的的奧秘。值得一提的是，有著小巧外形的“菲萊號(hào)”在中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)獲得了另一個(gè)可愛(ài)的外號(hào)——韭菜號(hào)。

原本，“羅塞塔號(hào)”與“菲萊號(hào)”的目的地并非彗星67P，而是一顆叫做維爾塔寧（Wirtanen，編號(hào)46P）的短周期彗星。按計(jì)劃兩個(gè)探測(cè)器于2003年1月乘坐第二枚阿里安-5ECA運(yùn)載火箭升空，于9年后到達(dá)46P展開(kāi)探測(cè)。然而2002年12月，第一枚阿里安-5ECA火箭發(fā)射失敗了，“羅塞塔”與“菲萊”的發(fā)射任務(wù)被迫推遲。新的發(fā)射時(shí)間已不足以探測(cè)46P，工程師們重新規(guī)劃探測(cè)器的飛行軌道，彗星67P脫穎而出，成為了“羅塞塔號(hào)”與“菲萊號(hào)”的新目的地。

▲2014年12月10日“羅塞塔號(hào)”在距離彗星20.1千米處拍攝的彗星67P上嶙峋的峭壁

▲67P彗星表面的高山、峭壁展現(xiàn)出異世界的風(fēng)貌

▲“菲萊號(hào)”分離著陸想象圖

▲“菲萊號(hào)”成功著陸想象圖

▲2014年11月12日正在降落的“菲萊號(hào)”

2004年3月2日，阿里安-5G+火箭搭載著“羅塞塔號(hào)”與“菲萊號(hào)”，終于從法屬圭亞那的庫(kù)魯航天中心順利升空——這僅僅是旅途的起點(diǎn)。“羅塞塔號(hào)”與“菲萊號(hào)”前往彗星67P的路，要走10年。

2014年8月6日，“羅塞塔號(hào)”終于來(lái)到了10年旅行的終點(diǎn)，并在9月10日成功繞著彗星67P直徑只有4.2千米的彗核旋轉(zhuǎn)，成為了第一顆“人造彗星衛(wèi)星”。在如此近距離的觀測(cè)條件下，“羅塞塔號(hào)”拍攝了無(wú)與倫比的美妙畫面——小黃鴨般的雙瓣彗星結(jié)構(gòu)、稀薄晨霧般的噴射物、數(shù)千米高的懸崖、犬牙交錯(cuò)的地貌，那是一個(gè)人類未曾設(shè)想過(guò)的世界。

控制中心操控“羅塞塔”來(lái)到最近距離彗星只有8千米的地方，對(duì)彗星表面成像，為“菲萊”選定合適的著陸點(diǎn)。2014年9月15日，歐空局宣布將67P頭部一塊平整、光滑的高原定為“菲萊號(hào)”的著陸點(diǎn)，該著陸點(diǎn)被命名為Agilkia?！胺迫R號(hào)”著陸后，要在表面近距離研究彗星的形貌，并對(duì)彗星表面存在的化合物進(jìn)行檢測(cè)，特別是氨基酸等有機(jī)物。

“菲萊號(hào)”于協(xié)調(diào)世界時(shí)間2014年11月12日08:35從“羅塞塔號(hào)”分離，并以大約每秒1米的相對(duì)速度接近67P，整個(gè)著陸下降過(guò)程持續(xù)了近7個(gè)小時(shí)。由于彗星67P的重力只有地球的萬(wàn)分之一，在與彗星表面接觸瞬間，“菲萊號(hào)”將向彗星發(fā)射兩個(gè)“魚(yú)叉”以防止著陸器反彈。遺憾的是，“魚(yú)叉”并沒(méi)有正常發(fā)射，它在15:33第一次觸碰到67P，但隨即被反彈了兩次，在17:33才停下來(lái)。

▲被卡在石縫中的“菲萊號(hào)”

“菲萊號(hào)”發(fā)回的報(bào)告顯示，它似乎著陸在一片陰影之中，整體傾斜了30度，無(wú)法獲得充足的太陽(yáng)能，兩天之后，電池電量耗盡，“羅塞塔”與可憐的“菲萊號(hào)”失聯(lián)了。在接下來(lái)的幾個(gè)月內(nèi)，“羅塞塔”努力地尋找“菲萊”，但只在2015年的6月13日至7月9日之間有幾次短暫、間歇性的聯(lián)系?！胺迫R號(hào)”發(fā)回的有限數(shù)據(jù)顯示，彗星67P周圍富含氧氣，這讓研究者們對(duì)太陽(yáng)系的起源有了全新的認(rèn)識(shí)。此外，“菲萊號(hào)”還探測(cè)到了乙酰胺、丙酮、甲基異氰酸酯和丙醛等化合物，這些均是首次在彗星上發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)。

從此之后，“菲萊號(hào)”便杳無(wú)音訊。2016年7月，失望的科學(xué)家們永久關(guān)閉了“羅塞塔”與“菲萊”的通信鏈路。

兩個(gè)月后的2016年9月5日，“羅塞塔號(hào)”的太陽(yáng)能板效率下降，它的生命也即將走到盡頭。就在它即將與地面研究者永別前，地面工作人員驚喜地在“羅塞塔”發(fā)回的照片中找到了“菲萊”的身影！照片顯示，“菲萊”被卡在彗星67P一條黑暗幽深的裂縫中，身體側(cè)翻，這就是接近兩年來(lái)，“菲萊號(hào)”與“羅塞塔號(hào)”無(wú)法正常通信的原因。

雖然“菲萊”的任務(wù)并不圓滿，但“羅塞塔”的一生卻收獲頗多?！傲_塞塔”觀察到當(dāng)彗星接近近日點(diǎn)時(shí)表面發(fā)生的眾多變化，比如在某些平坦地區(qū)一天之內(nèi)突然覆蓋了幾米厚的新沉積物、“小黃鴨”的頸部溝壑在通過(guò)近日點(diǎn)后被侵蝕得更深、數(shù)十米寬的巨石在短時(shí)間內(nèi)移動(dòng)了超過(guò)100米，以及彗星表面的山體滑坡。此外，“羅塞塔”還發(fā)現(xiàn)彗星67P的水蒸汽成分與地球上水源大有不同：彗星表面的水中，氫與氘的比例為地球水的3倍，這說(shuō)明地球上的水不太可能來(lái)自像67P這樣的彗星。

不到一個(gè)月后的2016年9月30日，整個(gè)任務(wù)落下帷幕。任務(wù)中心操控“羅塞塔號(hào)”緩慢墜向彗星67P的一個(gè)130米直徑的坑中?！傲_塞塔”與它的摯友菲萊號(hào)在彗星表面重逢，并將永遠(yuǎn)塵封在那里。

歐洲空間局為“羅塞塔”與“菲萊”繪制了憨態(tài)可掬的擬人化形象，并制作為動(dòng)畫連續(xù)劇，隨任務(wù)的進(jìn)行不斷更新劇集，到任務(wù)結(jié)束后匯編為一部25分鐘的短片，感興趣的讀者可以在此欣賞這部有趣的動(dòng)漫，同時(shí)更加深入地了解羅塞塔與菲萊號(hào)的傳奇一生。（視頻播放網(wǎng)址：https://v.qq.com/x/page/b0385y7acai.html）

當(dāng)你在望遠(yuǎn)鏡中欣賞楚留莫夫－格拉西緬科彗星壯美的彗發(fā)時(shí)，別忘了還有兩位人類的使者在這個(gè)暗淡的光點(diǎn)上長(zhǎng)眠。

▲漂浮在太空中的“小黃鴨”彗星