羅塞塔“捕捉”彗星瘋狂計劃深度回顧
日前,外媒newatlas刊文詳細討論了羅塞塔這個首次登陸彗星的大膽計劃。就像考古學家用他們的工具對準地球上的物質以此來尋找關於地球遙遠過去的線索一樣,研究漂浮在太空中的古代遺跡也可以幫助揭示早期太陽系的關鍵秘密。
名稱:羅塞塔
發射時間:2004年3月
研究對象:67P/ Churyumov-Gerasimenko
目前位置:凍結在67P/ Churyumov-Gerasimenko表面
但當對像是一顆橡膠鴨子狀、以135,000公里/小時的速度在太空中翻滾的彗星,而考古學家是一個冰箱大小的機器人,其需要以某種方式降落在上面時會發生什麼呢?這是歐航局(ESA)科學家們所面臨的兩難境地,因為他們開始了一項研究67P/Churyumov-Gerasimenko彗星的史無前例的任務。
雖然以前也有過彗星飛掠的先例,但在ESA羅塞塔號任務剛開始的時候還沒有人進入過彗星軌道更別說嘗試在上面著陸了。對於航天局來說,接受這一挑戰的原因在於,彗星本質上就是一個時間膠囊,其上面凍結的大塊冰、岩石和塵埃等物質鎖住了45億年前太陽系形成階段的關鍵物質。
因此,除了研究彗星表面之外,深入研究彗星的地下物質也可以幫助揭示關於地球和太陽係其他行星是如何形成的答案。另外,當它靠近太陽並開始釋放其高度安全的物質時還形成了其標誌性的尾巴和被稱為彗髮的大氣。
但怎樣才能抓到它呢?科學家們對“羅塞塔”探測器從地球到67P/Churyumov-Gerasimenko的旅程做了細緻的計劃,但很顯然這還不夠,在飛行過程中仍有許多工作要做。
據悉,羅塞塔於2004年3月搭載Ariane 5 G +火箭升空,然而當時沒有足夠的推力使其進入67P/Churyumov-Gerasimenko的軌道。取而代之的是,羅塞塔進行了一次火星飛越、三次地球飛越和繞木星向彗星進行彈弓效應,這一系列的工作大概花費了10年時間。在此期間,任務控制中心一直在調整羅塞塔的軌道,據了解,來自地球的指令需要50分鐘才能到達探測器。當羅塞塔最終到達67P/Churyumov-Gerasimenko之後, 它終於結束了64億公里的旅程和31個月的冬眠期。
在羅塞塔創造歷史並於2014年8月進入67P/Churyumov-Gerasimenko軌道之前,任務科學家對這顆彗星的表面知之甚少。但這種情況很快發生改變,當探測器瞄準它的4公里寬的目標時,一幅比人們此前預想的更參差不齊的世界開始慢慢出現在人們目前。
通過羅塞塔在三角軌道的早期觀察了解到,這顆彗星失去水的速度達到了每秒300毫升、其表面平均溫度為-70°C,這暗示著這是一顆特別黑暗、骯髒的彗星,它會吸收陽光而不是反射。
從這個地方開始,羅塞塔的成像儀器開始確定放下重達100公斤的“菲萊”號著陸器的位置。這個冰箱大小的機器人實驗室裝滿了包括攝像機、成像系統、光譜儀、氣體分析儀和測量聲學設備等在內的科學儀器。重要的是,它還有一個鑽洞系統,其可以鑽到彗星表面下9英寸的位置收集樣本來分析彗星的化學成分。
但將著陸器降至彗星表面跟在一顆行星或衛星著陸則是完全不一樣的挑戰。當羅塞塔繞67P/Churyumov-Gerasimenko軌道飛行並繪製其表面地圖時,任務控制中心權衡了各種選擇希望找到擁有最大可能的科學回報且不會危及任務安全。
按照科學家的說法,著陸地需要一平方公里的干淨空間,那裡沒有斜坡、大石頭以及其他危險因素,另外還需要能夠暴露在陽光下這樣著陸器才能獲得能源。此外,它還需要能跟羅塞塔進行無線通訊的明確地點。而最重要的是,團隊需要避免在彗星接近太陽的時候著陸,因為此時釋放出來的氣體可能是最危險的障礙。
最終,科學家們選擇了J號地點作為菲萊的軟著陸點。2014年11月12日,研究小組從母船上釋放了菲萊並把它送上了彗星表面。
在沒有動力的情況下,著陸器依靠彗星極其微弱的引力場向67P/Churyumov-Gerasimenko方向漂移。整個過程持續了7個多小時,而在這個過程中,著陸器拍攝了告別圖像並測量了沿途磁場。
當在彗星表面著陸時,一套鑽頭在彗星上鑽孔同時用魚叉將菲萊固定在原地–至少任務控制中心是這麼認為的。然而不久之後,控制中心通過遙測數據得知,這個錨定設備實際上已經失靈導致著陸器彈回太空,並且是一次而是兩次。最終,它被困在了距離其原計劃所在地約1公里的J點的一個洞裡。
此時,菲萊側身躺在陰影中,它的三條腿只有兩條接觸到彗星表面,它的一些太陽能電池板則被彗星塵埃覆蓋從而無法獲得維持電池充電和儀器運轉所需的太陽能。
菲萊可以依靠原來已經充滿電的電池運行大約60個小時時間。為此,研究小組指示著陸器啟動所有儀器並通過羅塞塔傳回盡可能多的數據。在這個相對較小的發現窗口中,菲萊實際上完成了它最初設定的科學研究的80%並向地球傳回了寶貴的數據。在某種程度上,它也算是完成了在彗星的首次鑽探。
雖然這些指令完成,但後來的分析結果卻令人遺憾,因為鑽探儀器實際上並沒有到達地面,所以它沒有科學意義。
電池耗儘後,菲萊進入休眠模式。大約6個月後,ESA指示羅塞塔號在8天的時間裡向正在睡覺的著陸器發送喚醒信號,但並沒有得到回應。
幾個月後,也就是2015年6月,菲萊奇蹟般地出現了一些生命跡象,在將近四周的時間裡它斷斷續續地聯絡了8次。除了這些零星的信號外,該著陸器一直處於隔絕狀態,在2016年7月,ESA決定跟它永遠告別。
雖然菲萊號的部分任務可能永遠實現ESA最初希望的那樣,但在一顆彗星上著陸–儘管有點笨拙–但仍算是太空探索的一個里程碑式成就。而還在67P/Churyumov-Gerasimenko軌道的羅塞塔仍在繼續著對這顆彗星的科學數據收集。
通過羅塞塔的觀測,人們現在知道了在67P/ Churyumov-Gerasimenko彗星上存在活躍的沉洞並且這顆彗星聞起來像臭雞蛋 –一種由彗星表面的氨、氫和其他化學物質產生的氣味。另外,這顆彗星還曾有一顆暫時性的小衛星,彗星的顏色則比木炭還黑。另外,它的大氣中含有被認為是生命基石的關鍵氨基酸和分子,而且它的表面還有大量的水冰。
2016年9月,羅塞塔輕輕撞向了67P/ Churyumov-Gerasimenko,而在最後一刻到來之前它仍繼續收集著數據,並由此為其12年的歷史性旅程畫上了一個戲劇性的句號。