觀看週日彗星飛掠的最佳地點是火星

科學家和衛星為彗星與火星壯觀的偶然相遇做好準備


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在一百多萬年前,大約在地球上的一些靈長類動物開始掌握用火的同時,一顆漂浮在我們太陽系外緣的彗星感受到了來自一顆矮行星或一顆路過恆星的輕微引力,並開始向太陽墜落。 從那時起,它就一直在墜落,伴隨著靈長類動物發展出語言、馴化植物、建造城市以及向外太空發射火箭和機器人。
 
在10月19日星期日下午2:30左右(美國東部時間),大約十幾個行星際機器人和數百名地球上的科學家將觀看這顆直徑一公里的塵土冰塊接近其向太陽俯衝的終點。 這顆彗星在澳大利亞賽丁泉天文臺被命名為“賽丁泉”,天文學家羅伯特·麥克諾特於2013年1月首次在那裡觀測到它,它將以每秒56公里的速度在距離火星138,000公里的地方飛掠而過——這隻有地球和月球之間距離的三分之一左右。 在賽丁泉彗星與這顆紅色星球近距離接觸大約一週後,這顆彗星將向外太空飛去,預計至少在一百萬年後才會再次返回。
 
“通常我們去彗星那裡觀察它們,但這次是彗星來到我們這裡,”美國宇航局行星科學部門的專案科學家凱莉·法斯特說。 賽丁泉彗星的高速度和高傾角軌道,遠離包含行星的黃道面,使其即使是我們最強大的火箭也無法觸及。 我們能夠近距離看到它純粹是運氣,科學家們充分利用了這個機會,花費了一年多的時間精心策劃他們的觀測。
 
即使使用相對較大的消費級望遠鏡,從地球上看到的景象也將黯淡無光。 但在外太空,哈勃、斯皮策、錢德拉、開普勒和雨燕望遠鏡都將擁有極佳的視野。 每個望遠鏡都將目光轉向火星,以遠端監測賽丁泉彗星的相遇,研究彗星的成分和活動,以及它與火星和太陽風的相互作用。 如果運氣好的話,哈勃望遠鏡可能會看到火星極光,因為電離粒子擾亂了這顆行星微弱的磁場。
 
在火星周圍,美國宇航局的三顆軌道飛行器以及來自歐洲和印度的軌道飛行器將獲得更近距離的觀測,捕捉到彗星及其它事物的壯麗廣角馬賽克影像。 美國宇航局的MAVEN軌道飛行器,幾周前剛剛抵達,將觀察從彗星釋放出的氣體撞擊火星大氣層,可能會將這顆行星稀薄的外逸層和電離層加熱30攝氏度。 觀察火星大氣層如何響應衝擊將幫助MAVEN研究人員校準他們未來的觀測,這些觀測旨在揭示火星在遠古時期是如何以及為何失去其大部分大氣層和地表水的。
 
從火星表面,好奇號和機遇號探測車將嘗試觀測彗星在天空中延伸的廣闊景象,儘管它最近的接近點將在白天發生。 它們可能會看到天空中突然爆發閃爍的流星——來自賽丁泉彗星尾部的塵埃在火星大氣層中燃燒——並拍攝到第一張從另一個世界表面拍攝的彗星影像。
 
它與紅色星球的偶然相遇並不是賽丁泉彗星特殊的唯一原因。 人類以前已經看到並虛擬訪問過幾顆彗星。 11月,歐洲航天局的菲萊探測器甚至將著陸到其中一顆彗星上。 但是,我們密切研究過的所有彗星都以僅幾十年或幾百年的軌道繞太陽執行,在強烈的陽光下緩慢地蒸發。 賽丁泉彗星是我們第一次近距離觀察不同的東西。 它直接來自奧爾特雲,這是一個巨大的球形彗星群,在我們太陽系早期形成,當時木星和其他巨行星將行星形成的殘餘物拋入外太空黑暗中。 像奧爾特雲的所有彗星一樣,賽丁泉彗星是那個逝去時代的原始遺蹟,攜帶著來自我們太陽系嬰兒期的其他無法獲得的秘密。 “這將是我們首次有機會成像並仔細研究奧爾特雲彗星的彗核,”美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)火星探測計劃的首席科學家理查德·祖雷克說。“我們想知道彗核是由什麼構成的,它看起來像什麼,以及它的行為方式。”
 
儘管它在每張影像中只顯示為七到八個畫素,但祖雷克和他的同事們希望使用HiRISE——火星勘測軌道飛行器上的高解析度相機——拍攝幾張賽丁泉彗星彗核的照片,並在稍後將它們組裝起來製作成一部簡短、令人愉悅的電影。
 
大多數短週期彗星的表面都像煤一樣黑,這可能是由於靠近太陽烘烤造成的。 但如果賽丁泉彗星也有一個黑暗的表面,那麼這將表明這種現象是由於太陽烘烤以外的其他原因造成的。 辨別其彗核及其氣體外殼(稱為彗發)的成分,也有助於確定彗星最初形成的確切位置,以及它的冰冷同胞是否在很久以前幫助將水輸送到地球和其他岩石類內行星。 其他見解可能來自對賽丁泉彗星的自轉、表面活動以及與火星高層大氣相互作用的仔細檢查。
 
彗星的氣體彗發現在跨越超過19,000公里——足夠大,可以在其經過期間將紅色星球包裹幾個小時——但對那裡的航天器沒有造成重大風險。 彗星的塵埃尾巴是另一回事。 經過美國宇航局選定的三個獨立小組的仔細研究,一致認為賽丁泉彗星尾巴的最邊緣將掃過軌道飛行器的路徑,這是一次擦肩而過的撞擊,將在周圍空間散佈稀疏的毫米級塵埃顆粒。
 
“即使是微小的塵埃顆粒,以每秒56公里的速度撞擊也會對航天器造成嚴重損壞,”美國宇航局火星探測計劃的首席電信工程師查德·愛德華茲說。 探測車在地面大氣層下是安全的,但每顆火星軌道飛行器都將暴露在外。 為了最大限度地降低風險,美國宇航局以及歐洲和印度航天局已經調整了每艘航天器的軌道,以便它們在塵埃雨達到頂峰時隱藏在行星的另一側。 在彗星最接近點之後大約一個半小時,軌道飛行器將飛過塵埃軌跡的殘餘部分。
 
在地球上的噴氣推進實驗室,愛德華茲和他的同事們將不安地坐在電腦螢幕前,透過美國宇航局遍佈全球的深空網路射電望遠鏡監測每個軌道飛行器,儘量屏住呼吸。 即使一顆軌道飛行器發生故障也可能對整個火星探測計劃構成嚴重威脅。 “這些軌道飛行器中的大多數都執行通訊和科學任務,”愛德華茲說。“基本上,我們兩輛探測車的所有資料都透過軌道飛行器的中繼無線電傳輸。 誰都不想失去這種能力……一旦我們從行星周圍出來並完成另一次軌道飛行,人們就會鬆一口氣。”
 
然而,風險應該值得見證這場千載難逢的宇宙巧合所帶來的回報。 “如果這顆彗星是來到地球,每個人都會放下一切,我們都會日夜不停地觀察它,”約翰·霍普金斯大學高階研究科學家、全球監測賽丁泉彗星活動的主席凱瑞·利斯說。“令人驚歎的是,這個擁有數百萬年軌道的物體在人類文明曙光時被拋到這裡,而我們現在才能夠研究它,這要歸功於我們最近發射的空間望遠鏡以及我們的火星軌道飛行器和探測車。 你通常不會意識到自己正身處歷史創造之中,但在這裡,這是毋庸置疑的。”

Lee Billings is a science journalist specializing in astronomy, physics, planetary science, and spaceflight, and is a senior editor at 大眾科學. He is the author of a critically acclaimed book, Five Billion Years of Solitude: the Search for Life Among the Stars, which in 2014 won a Science Communication Award from the American Institute of Physics. In addition to his work for 大眾科學, Billings's writing has appeared in the New York Times, the Wall Street Journal, the Boston Globe, Wired, New Scientist, Popular Science, and many other publications. A dynamic public speaker, Billings has given invited talks for NASA's Jet Propulsion Laboratory and Google, and has served as M.C. for events held by National Geographic, the Breakthrough Prize Foundation, Pioneer Works, and various other organizations.

Billings joined 大眾科學 in 2014, and previously worked as a staff editor at SEED magazine. He holds a B.A. in journalism from the University of Minnesota.

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