著陸器暫時穩定在彗星上

儘管在將探測器固定在彗星上的系統出現問題,但菲萊著陸器仍舊安頓在了這個橡膠鴨形狀天體的“頭部”之上


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經過十多年的精心計劃和數小時令人焦慮的緊張等待,今天早上,來自地球的使者完成了歷史上首次在彗星上的軟著陸。歐洲航天局的洗碗機大小的菲萊著陸器在東部時間上午 10:30 剛過不久,降落在 67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星崎嶇不平的表面上,此前它在七小時前從其母船羅塞塔軌道飛行器上釋放出來。
 
“我們到了那裡。我們正坐在表面上。菲萊正在與我們對話,”菲萊著陸器經理斯特凡·烏拉梅茨在著陸的現場網路直播中說道。“我們正在彗星上。” 著陸器似乎運轉完全正常,準備開始其前所未有的對冰冷彗星的近距離探索。著陸器的儀器套件尤其包括一個用於獲取彗星地表以下物質的鑽頭,以及一個用於分析回收樣本的小型化學實驗室。人們希望來自著陸器的資料將揭示更多關於太陽系早期歷史的資訊,並可能幫助科學家們拼湊出更完整的關於富含水的彗星和小行星如何可能將海洋輸送到幼年地球的圖景。
 
羅塞塔號自身在八月份抵達丘留莫夫-格拉西緬科彗星時也創造了歷史,成為有史以來第一個圍繞彗星執行的航天器。它於 2004 年 3 月發射,三次飛掠地球,逐步加速以抵達目標。
 
任務規劃者曾預計彗星是圓形和橢圓形的;但他們發現它像一個玩具橡膠鴨,由兩個佈滿隕石坑的球狀體——一大一小——透過一個錐形的冰屑頸部縫合在一起。這種奇怪的形狀意味著彗星擁有更復雜的引力場,再加上彗星 12.4 小時的自轉週期和噴發的 газовые 塵埃羽流,使得菲萊的著陸成為一項具有挑戰性的天體導航壯舉。
 
當羅塞塔號從軌道上繪製彗星地圖時,研究人員研究了菲萊的眾多潛在著陸點。他們迅速鎖定了其中一個特別的地點,一個相對平坦的平方公里區域,被稱為“阿吉爾基亞”。阿吉爾基亞位於橡膠鴨形狀彗星的“頭部”之上,是一個相對平坦的區域,在提供良好科學成果和確保安全著陸和地面操作之間取得了平衡。由於其地形平坦,阿吉爾基亞在被照亮時基本上沒有陰影,為菲萊的太陽能電池板提供了更多的陽光。該地點靠近但不危險地靠近氣體和塵埃噴發地點,也為菲萊提供了研究來自這些噴流的原始物質的機會,同時也對彗星核進行無線電測繪。
 
圍繞著陸的緊張氣氛在 11 月 12 日黎明前的幾個小時開始積累,當時羅塞塔號釋放了菲萊號。這個微小的探測器的下降將完全無動力,僅依靠彗星微弱的引力將其拉向著陸點。編排必須完美無瑕,即使是時間或軌跡上的微小誤差也會在著陸器的漫長自由落體過程中被放大,使其落入錯誤的區域,或者更糟糕的是,完全錯過旋轉的彗星。它也必須幾乎完全自主地進行,因為航天器和地面控制人員之間的無線電訊號需要將近半小時才能跨越將彗星與地球分隔開的超過 4.8 億公里的距離。
 
如果在下降過程中菲萊號和羅塞塔號之間失去通訊且未能重新建立,任務將處於極度危險之中——在菲萊號部署幾個小時後,當它在令人痛苦的幾分鐘延遲後與母船聯絡時,所有觀看的工作人員都感受到了這種可能性。
 
一旦菲萊號著陸,風險只會增加;阿吉爾基亞並非完全平坦,如果著陸器停在一個過於陡峭的斜坡或巨石上,它將不可挽回地傾倒。或者,如果它的下降將其帶到一個非常堅硬的著陸點,菲萊號可能會在微弱的引力場中從表面彈起,要麼墜入太空,要麼在彗星冰冷的峭壁上隨意翻滾。為了防止這種情況發生,菲萊號被設定為發射一個低功率氮氣推進器以穩定姿態,並部署魚叉和冰螺釘以將自身固定在彗星上。在著陸準備期間,推進器氮氣罐上的密封件未能破裂,但任務仍在繼續進行,並將希望寄託在魚叉和螺釘上。
 
在著陸後不久的新聞釋出會上,烏拉梅茨指出,航天器似乎已經著陸,彈跳,然後再次落回,即使它的魚叉顯然未能將航天器固定在表面上。
 
儘管今天的軟著陸具有歷史意義,但從技術上講,菲萊號並不是第一個登陸彗星的航天器:這一榮譽屬於 NASA“深度撞擊”任務的“撞擊器”,這是一個裝有儀器的銅塊,於 2005 年 7 月撞擊了坦普爾 1 號彗星。除了這兩次彗星著陸之外,人類僅成功地將航天器著陸在其他六個天體上:金星、月球、火星、小行星絲川和小行星愛神星以及土星的衛星泰坦。
 
現在它已成功著陸,菲萊號的日程安排已排滿,包括對其科學儀器的檢查和對其著陸點的初步勘測。著陸器的主電池足以支援其進行三天的科學操作,之後菲萊號及其儀器套件將不得不依靠太陽能供電。任務科學家希望讓著陸器執行大約半年,以便它可以近距離觀看彗星在其軌道上更接近太陽時將爆發的煙火。水冰和其他揮發物將開始以更大的體積從彗星上升華,將物質羽流傾瀉到太空中,並積聚起更厚的 газовое 和塵埃彗發。
 
到明年三月,彗星應該會變得太熱以至於菲萊號無法執行,這將為即使是最樂觀的延長任務設定結束日期,但羅塞塔號將繼續獨自飛行數月之久,觀察彗星在太陽炙熱的烘烤下煥發生機,直到它的任務也結束,在 2015 年 12 月,距離它開始已經過去了 4000 多天。
 

李·比林斯 是一位專門從事天文學、物理學、行星科學和航天領域的科學記者,並且是大眾科學的高階編輯。他是廣受好評的書籍 Five Billion Years of Solitude: the Search for Life Among the Stars 的作者,該書於 2014 年榮獲美國物理研究所的科學傳播獎。除了為大眾科學工作之外,比林斯的文章還曾發表在紐約時報華爾街日報波士頓環球報連線新科學家大眾科學和許多其他出版物上。作為一位充滿活力的公眾演說家,比林斯曾為 NASA 的噴氣推進實驗室和谷歌做過邀請演講,並曾擔任國家地理、突破獎基金會、Pioneer Works 和其他各種組織舉辦的活動的司儀。

比林斯於 2014 年加入大眾科學,此前曾在 SEED 雜誌擔任編輯。他擁有明尼蘇達大學新聞學學士學位。

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