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人类着陆器将首降彗星

司马杭仁 //m.auribault.com 2014-08-13 来源：北京日报

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“罗塞塔”轨道器与着陆器工作示意图

“菲莱”着陆彗星示意图

　　新闻背景

　　8月6日，在太空飞行了10年的欧洲“罗塞塔”彗星探测器，经过制动刹车，终于成功进入距离67P/丘尤穆夫-杰拉西门克彗星（简称67P）100千米的运行轨道。这是人类首个近距离环绕彗星飞行的航天器，这标志着欧洲航天局耗资13亿欧元的彗星探测计划进入关键阶段。此后，它将在未来一年多的时间里陪伴67P彗星接近太阳。

　　人类两度开展大规模彗星探测

　　至今，人类已两度开展过比较集中的大规模发射彗星探测器的活动，第一次是在20世纪80年代，第二次是从1999年到现在。从技术上讲，第二次与第一次相比发生了质的飞跃。

　　1984年至1986年，全世界先后发射了5个“哈雷”彗星探测器，目的是对著名的哈雷彗星回归进行探测。它包括苏联的维加-1和2、欧洲的“乔托”、日本的“先驱”和“彗星”，其中1985年7月2日发射的“乔托”影响较大，对研究哈雷彗星彗核起到了重要作用。

　　第一次大规模彗星探测没有直接登陆彗核进行研究，也没有收集彗星物质返回地球。而近年发射的几个彗星探测器改变了这种局面。

　　2006年1月15日，美国“星尘”返回舱首次携带怀尔德-2彗星样本返回地球。“星尘”于2004年1月2日与怀尔德-2彗星交会，并伸出“网球拍”状“气凝胶尘埃采集器”捕获了彗星物质粒子。现有100名专业研究人员和上千名业余爱好者参与彗星尘埃的分析和研究，完整的分析可能要耗时10年。

　　2005年1月12日发射的美国“深度撞击”探测器，用于探测彗核内部与其表面之间的不同。它由轨道器和撞击舱组成，其中的撞击舱于2005年7月4日首次撞击了坦佩尔-1彗星，效率最高，这是人类第一个实际接触并探索彗星的空间活动，用于造成彗星内部物质溢出，从而使轨道器收集了彗星内部物质信息。2010年11月4日，“深度撞击”轨道器又从近距离掠过哈特利-2彗星，拍摄了彗星的罕见特写图像，成为首个近距离造访两颗彗星的探测器。

　　不过，彗星探测之路也并不平坦。例如，美国2002年7月3日发射的“彗核旅行”上天不久就与地面失去联系。“深度撞击”也没有取得预期的效果。

　　“罗塞塔”将创多项新纪录

　　2004年3月2日发射的欧洲“罗塞塔”将首次实现近距离绕彗星运行、首次伴彗星一起在接近太阳的过程中边飞行边观测、首次在彗核表面软着陆……与此前彗星探测器的飞掠式观察不同，“罗塞塔”将首次跟随一颗彗星，观察它从休眠到活动的整个过程，并开展对比研究。

　　“罗塞塔”探测器是以一块帮助考古学家解释了古埃及象形文字的石碑命名。在这块石碑上用几种不同的古代文字镌刻着一些法条。语言学家们借助对这块石碑的研究，破解了古代埃及文字之谜。因此，科学家们也希望这个以“罗塞塔”名字命名的彗星探测器帮助人类揭开45亿年太阳系历史的谜团。

　　作为欧洲最具雄心的航天计划之一，“罗塞塔”计划可谓一波三折。这次发射曾被安排在2003年1月。但由于发射前的1个月（2002年12月），欧洲新型阿里安-5火箭首次发射惨遭失败，所以“罗塞塔”发射被推迟到2004年。欧洲航天局使用阿里安-5火箭在法属圭亚那发射“罗塞塔”，发射时间窗口仅有20分钟。“罗塞塔”原定的探测目标是“维尔塔宁”彗星，但由于已错过了发射窗口，所以改为探测距地球5亿千米的67P彗星。

　　67P彗星是以1969年发现它的丘尤穆夫和杰拉西门克两位苏联天文学家名字命名的。它是一颗围绕太阳运行的彗星，每6年回归一次。天文学家们希望，通过研究67P彗星及其尘埃，能够得到有关太阳系早期历史的更多线索，以及彗星是否在向地球传播水和基础生命物质的过程中扮演了一个重要角色。

　　已经获得诸多初步成果

　　“罗塞塔”彗星探测器是于2004年3月升空的，经过历时10年5个月零4天、总长超过64亿千米的太空飞行，目前距离地球约4亿千米。

　　由于动力系统不足以将“罗塞塔”直接送往目标彗星，该探测器采取借助地球和火星引力的方法，4次调整速度和轨道，迂回抵达目标彗星。“罗塞塔”曾3次飞过地球，2007年进行火星借力飞行，2008年9月飞越2867号小行星“斯特恩斯”，2010年7月飞越21号小行星“鲁特西亚”（司琴星），2011年6月进入自旋稳定的“休眠”模式，即除星上计算机和休眠加热器继续工作外，所有电子设备关闭。“休眠”可以使“罗塞塔”保存能源，但也是最为冒险的阶段，好在它在预定时间被“唤醒”了。在过去数月内，“罗塞塔”上的发动机进行了一系列点火，目的是使探测器减速到与67P彗星的相对速度与一个行人的走路速度差不多，即约每小时3.2千米。直到迎来8月6日傍晚最后一次点火制动与最终入轨。

　　其实，在不断接近67P彗星的过程中，“罗塞塔”已经拍摄了大量这颗彗星的照片，图像显示其彗核直径大约4千米，形状非常不规则，看上去并不像土豆，更像一只鸭子，这种独特形状会给着陆器登陆67P彗星造成困难。从外形判断，67P彗星可能是由两个冰冻块体相互结合形成，或是在此前接近太阳的过程中不均匀“风化”导致的侵蚀不均形成的。

　　今年6月份，“罗塞塔”曾观测了67P彗星的水汽喷射率，结果是大约为2杯水/秒，即100天能填满一个标准游泳池。随着彗星不断朝着太阳加速运行，其表面将会被加热，水汽和其他挥发性物质的散失速度也将大大提升，从而形成壮观的彗尾。

　　今年7月份，“罗塞塔”测量了67P彗星表面温度，结果是地表温度约为零下70摄氏度。这表明其表面并非完全由水冰组成，有部分地表成分主要是尘埃或岩石，颜色较深，容易吸收热量。

　　延伸阅读

　　着陆将是

　　最难最大看点

　　选好着陆地点后，“罗塞塔”将于2014年11月11日向彗星表面投放一个100千克重的“菲莱”着陆器，它落在彗星冰盖上并进行化学检测。这将是航天器首次登陆彗星，也是一次从没有尝试过的危险实践。如果登陆成功，该着陆器将在彗星表面采集样品，并拍摄与67P彗星一起于2015年8月到达近日点时的图片。2014年8月至2015年底，“罗塞塔”会伴随着67P彗星逐渐接近太阳，从而探测在太阳光的加热作用下彗星生成的气体和尘埃（即彗发），并对彗星的重力场、质量和外形等进行全面的探测。科学家们希望通过“罗塞塔”的工作，对这些神秘的冰冻天体有更多的了解，这或许对揭开太阳系早期环境的谜题有所帮助。2015年12月，“罗塞塔”将完成使命，回到地球附近。整个彗星探测任务将历时10～11年。

　　着陆器“菲莱”的名字是由一个15岁的意大利女孩提出的，这个女孩在欧洲年轻人命名探测器的竞争活动中胜出。“菲莱”大小如同一个电冰箱，由1块基板、1个仪器平台和1个多面体夹层组成，所有结构采用碳纤维。“菲莱”装在“罗塞塔”轨道器的侧面，着陆时采用腿式缓冲机构。由于该彗星的引力很小，因此当着陆器在彗星表面着陆时要防止被弹出去。科学家们将使“菲莱”减速后缓慢自然降落，速度是1米/秒。即使是这样，仍旧会像人在行走时撞上墙一样，所以着陆器有3条“腿”，在与彗核接触瞬间3条腿可以吸收掉大部分撞击能量，起到缓冲作用。一旦同彗核接触，“菲莱”会立即伸出一个类似“鱼叉”的叉钩，将自己固定在彗核表面。这就像停靠港口的航船抛锚一样把着陆器锚在彗星表面上，防止飘走。“菲莱”考察的最短时间为几星期，但也可能会持续数月。在“菲莱”着陆器失效后，“罗塞塔”轨道器将继续跟随彗星运动。

　　现在“罗塞塔”已成功进入目标彗星67P的轨道了，但最难的是其所携带的“菲莱”着陆器能否成功着陆，让我们拭目以待吧。

编辑：尹盼秋