科學家表示,在任何給定時刻,都應該至少有一個星際天體——可能是來自另一顆恆星的流浪小行星或彗星——穿過內太陽系。2017年,天文學家發現了第一個已知的此類星際訪客,它高速掠過我們的星球。這個神秘的天體被稱為“奧陌陌”,現在正在遠離我們的太陽系,已經太遠,無法進行進一步的望遠鏡觀測,而且速度太快,任何當前的航天器都無法追上。我們很可能再也見不到它了。但正如“奧陌陌”來去匆匆一樣,專家們開始想知道,我們是否有可能訪問我們發現的任何未來的星際訪客。
現在,一項新的歐洲任務可能正是為此而生。這項名為彗星攔截器的任務於6月19日被歐洲航天局選中,目的是訪問星際天體或首次進入內太陽系的遙遠彗星。計劃中的航天器在設計時沒有考慮特定的目標,而是旨在成為太空中的哨兵,等待交會機會。“我們選擇了一個我們第一次不知道要去哪裡的任務,”瑞士伯爾尼大學的尼古拉斯·托馬斯說,他是彗星攔截器團隊的成員。
歐空局官員預計,準備彗星攔截器以作為該機構大氣遙感紅外系外行星大型巡天(ARIEL)太空望遠鏡的輔助有效載荷於2028年發射,將耗資約1.5億歐元,即1.7億美元。ARIEL 將飛往距離地球約 150 萬公里的位置,遠在月球之外,稱為拉格朗日點 2 (L2)。L2 是一個特殊的穩定區域,地球和月球的引力影響幾乎相互抵消,允許航天器在那裡停留,同時消耗最少的燃料。
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彗星攔截器將與 ARIEL 一起前往 L2,並在那裡等待天文學家發現有價值的目標。然後,任務控制人員將向航天器發出訊號,啟動推進器,追逐目標進行更仔細的檢查。航天器不會降落在目的地,而是進行快速飛掠,並在可能距離 1,000 公里的距離內觀察目標僅幾分鐘。但是,彗星攔截器還將配備兩個較小的無人機式航天器,它們將被送往更靠近目標的位置,以收集更詳細的資料,而不會冒著損壞主飛行器的風險。
在航天器在 L2 等待期間,任務的科學團隊將積極搜尋潛在的訪問目標,特別是尋找來自外太陽系深處的彗星。到目前為止,所有以前的航天器與彗星的交會——例如 1986 年的喬託號和維加號任務前往哈雷彗星,或 2014 年的羅塞塔號前往 67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星——都涉及短週期彗星,這些彗星定期掠過太陽,因此自四十多億年前在早期太陽系形成以來已經發生了相當大的變化。“它們已經被加熱了很多次,”彗星攔截器任務負責人、倫敦大學學院的傑蘭特·瓊斯說。“隨著加熱,你會改變表面的性質。”
研究更原始的、所謂的長週期彗星首次衝向太陽,可以為我們確切瞭解我們太陽系在很久以前是如何形成的提供新的見解。彗星攔截器將攜帶能夠辨別這種彗星成分、年代和名稱的儀器——它是什麼時候、在哪裡製造的,以及用什麼製造的。大多數長週期彗星被認為是在我們太陽系行星的範圍內形成的,然後被木星和其他新生的巨行星散射到更遠的地方。在那裡,那些原始的流浪者形成了所謂的奧爾特雲,這是一個巨大的彗星區域,包裹著太陽系,並延伸到一光年或更遠。
彗星攔截器的另一個首要目標(它只能訪問一個天體)將是類似“奧陌陌”的星際天體。由於 2017 年“奧陌陌”飛過時沒有合適的航天器準備就緒,天文學家別無選擇,只能眼睜睜地看著它在望遠鏡中迅速消失,然後加速離去。他們計劃下次做好更充分的準備。
歐空局科學與探索高階顧問馬克·麥克考格倫說:“那種興奮感,那種你可以到達來自另一個太陽系的真正星際天體的想法,有助於推動這項特殊任務的立項。”“我們相信,如果你找到另一個星際天體,這是有可能的,而且應該有很多。”
尋找長週期彗星,更不用說星際天體,目前仍然相當棘手——但無論如何,就目前而言。“奧陌陌”最初是由全景巡天望遠鏡和快速反應系統 (Pan-STARRS) 發現的,該系統對天空具有廣角視野,但 Pan-STARRS 的全景視野很快將被另一個即將到來的天文臺所黯然失色。該天文臺——大型綜合巡天望遠鏡 (LSST)——計劃於 2022 年在智利的一座山頂上開始執行。“我們預計在整個 10 年的巡天中發現大約 10,000 顆彗星,”華盛頓大學的梅雷迪思·羅爾斯說,她是 LSST 團隊的成員。“我們將對它們每顆進行 50 次觀測,因此我們將獲得許多不同的影像。”
一路走來,天文學家也應該發現一些星際闖入者,儘管目前尚不確定具體有多少。LSST 的規劃者表示,它可以發現足夠大的(至少幾百米寬)星際闖入者,超出土星軌道,在它們最接近太陽之前幾年。如此早期的預警將為彗星攔截器任務提供充足的時間來規劃前往其中一個天體的航線,前提是它在進入內太陽系時穿過地球軌道平面。
目前的計劃要求航天器在 L2 等待最多三年,然後必須出發前往目標。如果在這段時間內沒有看到長週期彗星或星際天體——根據團隊的說法,這大約是四分之一的機會——彗星攔截器將簡單地訪問“B 計劃”目的地。一個潛在的備用目標將是短週期彗星 73P/施瓦斯曼-瓦赫曼 3 號,它被認為是碎裂的彗星。
在最佳情況下,彗星攔截器將有多種目標可供選擇——豐富的選擇將迫使團隊做出一些棘手的決定。是應該冒險等待高價值目標,例如星際天體,還是即使目標不那麼令人興奮,也要抓住第一次機會離開 L2?這些討論將在未來幾年進行,但前往星際天體的可能性可能非常誘人。“我覺得這將是不費吹灰之力的事情,”耶魯大學的達里爾·塞利格曼說,他研究過此類遭遇的潛在軌跡和操作。“但你不知道‘奧陌陌’是否是曇花一現。”
