信使號探測器告別水星之歌及其他星際撞擊事件

如果一切順利,在耗盡燃料以對抗軌道衰減後,美國國家航空航天局(NASA)長期執行的信使號探測器將於4月30日結束其水星探測任務,以近4公里/秒的速度撞擊水星表面。

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美國國家航空航天局(NASA)的信使號探測器仍在拍攝水星表面的照片,因為它正螺旋式靠近,準備在4月30日進行任務結束時的撞擊。這張影像中可見的最小隕石坑寬約15米——與信使號探測器撞擊形成的隕石坑大小相同。圖片來源:NASA/約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室/卡內基科學研究所

如果一切順利,在耗盡燃料以對抗軌道衰減後,美國國家航空航天局(NASA)長期執行的信使號探測器將於4月30日結束其水星探測任務,以近4公里/秒的速度撞擊水星表面。在過去的四年裡,信使號探測器徹底改變了我們對距離太陽最近的行星的看法,揭示它與科學家們預期的惰性、揮發物耗盡的世界截然不同。

信使號探測器繪製的行星表面成分圖顯示,其中富含硫和氯等對熱敏感的脆弱元素,這表明水星的形成方式可能比之前認為的更為溫和。在水星南北極永久陰影籠罩的隕石坑中,探測器發現了大量水冰沉積物,以及可能由來自外太陽系的彗星或小行星撞擊帶來的富含有機物的暗色物質。最奇怪的是,信使號探測器發現了一種全新的地貌,似乎是水星獨有的——神秘的“窪地”,即底部平坦的凹坑,看起來幾乎像是被酸蝕刻到表面上一樣。這些窪地明亮且沒有隕石坑的痕跡,因此一定是地質年代上很年輕的。它們甚至可能在今天仍在形成,但沒有人能確定,部分原因是水星缺乏任何其他經過精確年代測定的新近形成的地貌特徵,可供進行比較。當信使號探測器撞擊水星時,它將在更大的莎士比亞隕石坑附近刻出一個明亮、年輕、寬15米的凹坑,這將提供一個雖小但有用的參考標記,供未來的任務將窪地和水星表面其他令人驚訝地活躍的年輕特徵與之進行比較。


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信使號探測器只是為科學目的而撞擊天體的眾多航天器中的最新一個。值此信使號探測器告別之旅之際,以下是我最喜歡的五個例子:

1. 月球坑觀測和感測衛星 (LCROSS)

2009年10月9日,美國國家航空航天局(NASA)將半人馬座上面級火箭和小型的尾隨航天器以2.5公里/秒的速度撞入月球南極的卡比厄斯隕石坑,揚起的碎片雲揭示了陰影籠罩的隕石坑底部存在水冰。這次月球坑觀測和感測衛星(LCROSS)任務並非太空科學家首次撞擊月球南極。1999年,美國國家航空航天局的另一項任務——月球探勘者號被脫軌撞入舒梅克隕石坑,2008年,印度航天局將其月球撞擊探測器撞入沙克爾頓隕石坑。這兩次撞擊都證實了冰的大量存在,足以用於飲用水或製造火箭燃料,這使得月球南極成為未來可能著陸和建立月球基地的理想地點。

2. 深度撞擊

2005年7月4日,美國國家航空航天局的深度撞擊任務用一些地外菸火慶祝了美國的獨立日,將一個370公斤的“智慧撞擊器”以超過10公里/秒的速度撞擊了坦普爾1號彗星。該撞擊器由一個攝像頭和圍繞一個100公斤銅塊建造的軌跡調整火箭組成,並在撞擊前幾秒鐘傳回了影像。它以相當於約5噸炸藥爆炸的威力撞擊彗星,噴射出數百萬公斤坦普爾1號彗星的內部物質,並在原地留下了一個寬150米的隕石坑。對羽流的分析表明,該彗星比預期的更易碎且更具孔隙,密度與堅硬的雪堤相似。

3. 深空2號

深空2號是美國國家航空航天局(NASA)命運多舛的火星極地著陸器(MPL)中包含的一對小型2.5公斤航天器,該著陸器試圖於1999年末在紅色星球上著陸。當火星極地著陸器開始向其自身著陸點下降時,它釋放了深空2號,它們在沒有降落傘的情況下自由墜落穿過稀薄的火星大氣層,並在表面進行了硬著陸“撞擊剎車”。它們被設計為在撞擊時破裂,將探測器打入土壤中最多半米深。探測器後部的無線電發射器隨後會將收集到的資料傳送回家。整個概念優雅而先進——但這是一次巨大的失敗。從未從小型的雙子航天器上檢測到訊號,這可能是因為它們只是降落在岩石上,岩石太硬以至於它們的探測器無法穿透。火星極地著陸器母船也遭遇了同樣可恥的命運,它的著陸火箭過早熄火,在另一次計劃外的撞擊剎車中將其摧毀。火星極地著陸器和深空2號的損失是重大的挫折,並促使美國國家航空航天局重新思考其整個火星探測計劃。

4. 先驅者金星多探測器

美國國家航空航天局(NASA)的先驅者金星多探測器於1978年末抵達地球的姊妹行星金星,至今仍是有史以來最獨特的行星際任務之一。該航天器攜帶了一個大型的1.5米寬的探測器和三個尺寸約為一半的小型探測器。所有四個探測器,連同航天器本身,都衝入金星大氣層,攜帶各種儀器來嗅探和研究外星空氣和天氣。一個小探測器的目標是金星陽光充足的“白天”側,另一個探測器被送往夜晚側,而第三個探測器被送往金星的北緯地區,從而提供了對整個行星的多維度觀察。預計所有探測器都無法在撞擊地表後倖存下來,只有大型探測器配備了降落傘,但令人驚訝的是,小型“白天”探測器在著陸後近一個小時仍繼續發回訊號。一艘伴隨航天器,即單獨發射的先驅者金星軌道飛行器,在同一時間左右抵達金星,並繼續繞行星執行,直到1992年8月,當時它被脫軌,在大氣層進入過程中解體並燃燒。

5. 伽利略號探測器

大多數太空愛好者都記得美國國家航空航天局(NASA)的伽利略號軌道飛行器,它於1995年12月抵達木星,並花費了近八年的時間探索這顆氣體巨行星及其伴隨的冰衛星。在軌道飛行器的眾多發現中,也許最重要的發現是冰衛星歐羅巴蘊藏著巨大的地下海洋。但整個任務中最令人印象深刻的壯舉實際上落在了另一個經常被忽視的組成部分,伽利略號大氣探測器身上,它成功地以約47公里/秒的速度進入木星大氣層——這是有史以來最極端的 атмосферное 進入嘗試。為了承受超過15,000攝氏度的強烈摩擦熱,該探測器攜帶了一個由碳酚醛材料製成的150公斤燒蝕防熱罩,在火熱的進入過程中,該防熱罩脫落了超過一半的質量。在進入木星大氣層幾分鐘內,探測器的防熱罩和降落傘已將其速度減慢至僅十分之一公里/秒。在其下降過程中,它檢測到超過500公里/小時的穩定風速,以及比研究人員預期的更少的氦氣和水蒸氣,從而導致對木星雲層和形成的理論模型進行了重大修正。伽利略號探測器在墜入木星的黑暗深處超過150公里後,繼續傳輸了近一個小時,最終被不斷增加的熱量和壓力壓碎和融化。

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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