當(dāng)?shù)貢r間10月15日,英國倫敦,倫敦科學(xué)博物館展出的實物大小的“比皮科倫坡”模型。
作為內(nèi)太陽系離太陽最近、最小的行星,水星承載著太多奧秘。直至今日,水星的地理環(huán)境、地表組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等對人類而言依然是個謎。水星是否有水,是否可能存在生命吸引著人類不斷探索。
北京時間10月20日9時45分,帶著這些未解之謎,由歐洲航天局(ESA)和日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)(JAXA)聯(lián)合進行的水星探測任務(wù)“比皮科倫坡”(BepiColombo)將發(fā)射升空。據(jù)介紹,這是歐洲首個水星探測任務(wù),也是人類第三個探訪水星的任務(wù)。
“比皮科倫坡”預(yù)計經(jīng)過7年飛行,于2025年抵達水星。屆時,探測器將分離為兩艘獨立飛行器,分別為“水星行星軌道器”(MPO)和“水星磁層軌道器”(MIO),執(zhí)行各自的探測任務(wù)。
中國航天科工二院研究員楊宇光稱,水星是顆類地行星,探測水星對人們了解太陽系的歷史、了解地球的歷史具有重要意義。
1 釋疑
水星探測面臨哪些困難?
水星是八大行星中離太陽最近的一顆行星,其體積、質(zhì)量也相對較小,此前僅有兩個探測器接近過水星,而真正進入水星軌道的僅一個。
第一個接近水星的探測器是美國航天航空局(NASA)1973年發(fā)射的“水手10號”(Mariner 10)探測器。1974-1975年間,“水手10號”3次飛掠水星,但一直未能進入水星軌道。第二個則是NASA于2004年發(fā)射的“信使號”(MESSENGER)探測器,該探測器在2008-2009年間3次飛掠水星,最后于2011年3月進入水星軌道——這也是第一個進入水星軌道的探測器。
相比其他行星,對于水星的探索顯然相對較少。這是為何?
據(jù)《自然》雜志報道,水星位于太陽重力井深處,要到達水星,宇宙飛船必須失去地球軌道運動賦予它的大部分動量,這使得水星探測的技術(shù)難度異常巨大。與此同時,宇宙飛船還必須避免過沖導(dǎo)致偏離軌道,這需要非常長的時間和比前往火星多8倍的能量。
其次,水星的太陽輻射是地球近外太空的十倍,同時該行星幾乎沒有大氣層,表面溫度最高可達400攝氏度。“信使號”水星探測任務(wù)的科學(xué)家肖恩·所羅門稱,航天器從未在離太陽這么近的地方呆這么久。
中國航天科工二院研究員楊宇光解釋,水星觀測非常難,不管是肉眼還是天文觀測。水星距太陽過近,且每88個地球日繞行太陽一周,使得其數(shù)據(jù)傳輸變得非常困難。
這些因素都導(dǎo)致水星成為太陽系內(nèi)部行星中探索最少的一個。
2 釋疑
探測器將執(zhí)行哪些任務(wù)?
據(jù)歐洲航天局網(wǎng)站介紹,“比皮科倫坡”將于當(dāng)?shù)貢r間19日晚10時45分從位于南美法屬圭亞那的庫魯航天基地,由“阿麗亞娜-5”(Ariane 5)大型火箭發(fā)射升空。
“比皮科倫坡”將耗時7年于2025年12月5日抵達水星軌道,期間1次飛掠地球、2次飛掠金星、6次飛掠水星,總距離達90億公里,最高速度可達60公里每秒,最遠距離地球2.4億公里。此外,探測器將經(jīng)歷零下180攝氏度的低溫到近450攝氏度的高溫。
到達水星軌道后,“比皮科倫坡”將釋放出兩個探測器,分別是歐洲航天局的水星行星探測器(MPO)和日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)的水星磁層探測器(MIO)。兩個探測器各有側(cè)重,進行為期2年的探測任務(wù)。
據(jù)JAXA網(wǎng)站,MIO的主要目的是解讀水星的磁場和磁層,MPO的主要任務(wù)則是觀察水星的表面環(huán)境以及內(nèi)核組成等。ESA將負(fù)責(zé)“比皮科倫坡”的發(fā)射、進入軌道,以及MPO探測器的運作。JAXA負(fù)責(zé)MIO探測器的控制運行。
據(jù)英國《自然》雜志,MPO包含11個組件,主要負(fù)責(zé)研究水星本身。MPO主要使用攝像機、高度計、放射線等設(shè)備對水星進行“掃描”,探索水星地表環(huán)境和地殼化學(xué)成分,并對水星的引力場進行研究。
水星是密度僅次于地球的行星,有一個巨大的鐵核。據(jù)太空網(wǎng)(space),水星的鐵核約3600-3800公里寬,而其外殼厚度僅500-600公里。這一點一直以來也讓科學(xué)家們困惑不已。
由日本方面主要負(fù)責(zé)的MIO則包含5個組件,主要圍繞水星的磁層以及其與太陽風(fēng)的互相作用等進行研究。日本于2003年加入歐洲航空局的這一水星探測任務(wù),主要目的就是研究行星的磁層。JAXA負(fù)責(zé)MIO的日本科學(xué)家村上豪稱,“火星和金星沒有磁場,所以目標(biāo)是水星”。
據(jù)日本共同社,日本磁力觀測具有較大優(yōu)勢,此次MIO探測器若能順利到達,將為推動水星探測作出重要貢獻。
預(yù)測
“比皮科倫坡”或解鎖5大謎團
“比皮科倫坡”的名字來自意大利天體物理學(xué)家Guiseppe Bepi Colombo。他曾參與NASA“水手10號”水星探測任務(wù)的研究,此后更是得出水星借助地球、金星和水星引力輾轉(zhuǎn)飛行路線的計算方法。
據(jù)美國《科學(xué)》雜志,ESA和NASA的水星探測任務(wù)都在上世紀(jì)90年代通過,但耗資4.51億美元的“信使號”2004年已發(fā)射,更具雄心、耗資高達16億歐元的“比皮科倫坡”多次被耽擱,一直未能成行。
經(jīng)過二十余年努力,“比皮科倫坡”終于即將發(fā)射。參加“比皮科倫坡”研究近15年的ESA地球物理學(xué)家約翰尼斯·本克霍夫稱,“這是一個重要的時刻,(水星探測)終于要成真了”。
那么,雄心勃勃的水星探測任務(wù)可能解鎖哪些水星奧秘?
2015年以撞擊水星結(jié)束使命的“信使號”給人們帶來更多水星信息的同時,也帶來了更多謎題,包括水星磁場、厚實鐵核以及充滿冰塊的隕石坑。
美國《福布斯》雜志總結(jié)了歐日水星探測器可能解鎖的五個奧秘。
一是水星兩極水冰之謎。水星雖然是距離太陽最近的行星,但其兩極巨大的環(huán)形山內(nèi)側(cè)隕石坑卻永遠照不到陽光。許多科學(xué)家認(rèn)為,水星兩極存在水冰。但水星上是否真的有冰,卻一直是未解之謎。
二是水星凹坑之謎。NASA“信使號”探測器在水星表面發(fā)現(xiàn)一些奇怪的凹坑,這些凹坑如何形成,與火山撞擊有何關(guān)系亟待探索。
三是水星磁場之謎。最早探訪水星的“水手10號”發(fā)現(xiàn)了水星的磁場,但磁場的起源、其具體的變化情況及影響卻一直沒能得到深入觀測。
四是水星表面成分之謎。據(jù)美國《科學(xué)》雜志,NASA“信使號”探測器曾發(fā)現(xiàn)水星表面含有許多揮發(fā)性元素,如硫、鈉、鉀、氯等。了解這些揮發(fā)性元素的形成,對于了解水星的演變歷程有重要意義。
五是水星的形成與巨大的鐵核之謎。水星的高密度源于其內(nèi)核巨大的鐵核,鐵核如何形成至今依然是個謎。
帶著對這些奧秘的探索,歐日聯(lián)合研究的“比皮科倫坡”即將升空。