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專家解讀"炮轟"彗星:好比蚊子沖進波音飛機(圖)

2005年06月30日 09:28


撞擊彗星軌跡示意圖(人民日報圖)

  這些天,國家天文臺研究員李競成了大忙人。這位77歲的老先生,每天都要收集有關(guān)“深度撞擊”號的中英文資料,和許多天文愛好者交流。對于媒體采訪,他更是非常熱心,理由很簡單:“這是一次絕好的科普機會!

  彗星上冰凍著太陽系的童年

  “要問為什么要用探測器去撞彗星,首先得說說彗星是怎么回事!崩罡偟脑掝}由此展開。

  “人們很早就對這種帶著大尾巴的星體產(chǎn)生了興趣。由于認識水平有限,古人把彗星當作災星,說它不是祥瑞之兆。中國過去一有彗星出現(xiàn),皇帝就要下罪己詔。直到現(xiàn)在,還有人用‘掃帚星’來詛咒別人!

  “在人類真正了解彗星的過程中,起重大作用的是英國天文學家哈雷。他根據(jù)古人的觀測資料,發(fā)現(xiàn)有顆彗星大約76年出現(xiàn)一次,這就是著名的哈雷彗星。對彗星的研究,促進了天體力學的發(fā)展,使人類幾百年來積累的科學成果成為一門學科。天體力學在航天事業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用,我們的‘神舟’飛船上天,將來實施‘嫦娥奔月’計劃,軌道設(shè)計都要用到天體力學!

  “但是,彗星本身是由什么物質(zhì)組成,為什么接近太陽時會出現(xiàn)一個大尾巴?這些都是近百年來天文學家研究的問題!崩罡偨榻B,上世紀50年代初,美國天文學家惠普(去年去世)提出著名的“臟雪球”模型,認為彗星起源于太陽系形成之初剩下的那些殘片,這些殘片保留了太陽系形成之初的物質(zhì)狀態(tài),它們沒有構(gòu)成一個大天體。彗星在太陽系外圍受某種擾動跑進太陽系,在離太陽近的時候,受太陽風和太陽輻射的影響,它的一些組成物質(zhì)就揮發(fā)出來,并且反射太陽光,這就是我們看到的彗尾。

  “我們要追溯太陽系的早期歷史,就得研究那些早期的物質(zhì),彗星恰恰是保留早期物質(zhì)的最佳天體!崩罡傉f,“很多科學家還認為,地球早期生命起源于太空,很可能是彗星撞擊地球時把一些形成地球生命的原始物質(zhì)帶到了地球上。所以,研究彗星也能夠為地球生命起源這樣一個重大課題提供重要線索!

  20年內(nèi)5次親密接觸彗星

  “后來,‘臟雪球’模型被越來越多近距離觀測的光譜分析結(jié)果所證實,F(xiàn)在已經(jīng)搞清楚了,彗星是由冰和少量巖石組成的小天體,從內(nèi)到外分別為彗核、彗發(fā)和彗尾,迄今已記錄近2000顆。”說到這里,李競歷數(shù)近年來人類對彗星的幾次近距離觀測———

  第一次利用空間技術(shù)對彗星近距離觀測,是1986年。那一年哈雷彗星回歸,走到了地球附近,全球有好幾個探測器升空,有些已經(jīng)升空的則叫它改變軌道去觀測。這些探測器中,觀測最成功的是歐洲和美國合作的“喬托”(以意大利天文學家命名)號探測器,它量出哈雷彗星彗核的長徑是16公里,短徑是8公里,像個大土豆,它第一次給哈雷彗星做了三維圖像!斑@時候,人類才知道這么有名的哈雷彗星,對于天體來說,只是一個小東西!

  1998年,美國發(fā)射“深空一號”探測器,它在2001年飛近“波瑞利”彗星,量出它的長徑是8公里。這是第二次。

  第三次,是1999年上天的“星塵”號探測器,在2004年飛近“懷爾德二號”彗星,在它的尾巴那兒成功取樣,這是一顆近似圓球的彗星,直徑為5公里。“星塵”號是歐洲和美國合作研發(fā)的,將于2006年返回地球。

  去年,歐洲發(fā)射了“羅塞塔”探測器,目前正在奔向“丘魯莫夫—捷拉西門科”彗星,將于2014年在它上面著陸。這個彗星離地球非常遠,探測器著陸以后,把結(jié)果傳回來,自己就不再返回了。這算是第四次近距離觀測。

  第五次,就是這次撞擊彗星。今年1月12日升空的“深度撞擊”號探測器,將于7月4日與“坦普爾一號”彗星相遇,并發(fā)射一個銅合金錐體去撞擊彗星。這是美國獨自搞的科學實驗,可謂前所未有。

  掄起1.3億公里外的“銅錘”

  談及“深度撞擊”,研讀過大量資料的李競說:“這次撞擊無疑是一次引人入勝的科學探索,科學家關(guān)心它,普通公眾同樣感興趣。”

  “深度撞擊”號探測器的總重量為372公斤,分為飛越艙和撞擊艙(見圖三)兩部分,撞擊艙重113公斤,主要是一塊銅合金錐體。探測器以每秒10.2公里(將近每小時3.7萬公里)的速度與“坦普爾一號”相遇之時,它就把撞擊艙發(fā)射出去。由于彗星也在運動,它們的相對運動速度會更大。這時候,撞擊艙自帶的攝像機開始拍攝,已經(jīng)減速的探測器也用自帶的攝像機跟蹤拍攝撞擊過程。等到錐體撞上去了,它的攝像機停止工作,探測器的攝像機繼續(xù)工作,記錄的所有信息都會傳回地球。

  用來撞擊的錐體為什么是銅合金的呢?李競說,它顯然是一種特殊材料,其配方一直保密。按照常識,用銅這種惰性金屬與其他材料制成合金,不會被高速運動和撞擊產(chǎn)生的高溫熔化,也避免在撞擊之后與彗星物質(zhì)發(fā)生化學反應。如果發(fā)生化學反應,就弄不清楚撞擊之后產(chǎn)生的物質(zhì)到底是彗星本身的物質(zhì),還是化學反應的產(chǎn)物。所以,用銅合金做的這個錐體,就是讓它起一個牢固結(jié)實的錘子的作用。

  “要想撞擊成功,必須有絕對的技術(shù)保證!崩罡傉f,去年,“惠更斯”號降落土衛(wèi)六,“機遇”號、“勇氣”號降落火星,都是和飛機降落類似,速度越來越慢,最后打開降落傘。這種情況下,有時間修正指令,保證降落成功。而這次撞擊,是速度越來越快的猛烈沖撞,指令一旦發(fā)出,容不得修正。

  “同時,探測器與地球之間的遙遠距離,也要求地面發(fā)出的指令必須絕對精確,不能有一丁點兒誤差。”李競說,據(jù)科學家們計算,撞擊的時候,探測器離地球的距離是日地平均距離的85%。日地平均距離,就是光線在8分19秒之內(nèi)走過的距離。也就是說,探測器和地球的這段距離,光線要走7分多鐘,將近1.3億公里。探測器離地球這么遠,并且處于運動之中,地面發(fā)給它的撞擊指令,就得打一個提前量,保證信號到的時候,探測器也正好到了預定位置,從而接收指令,啟動程序。

  反過來說,因為探測器和彗星都在運動,如果計算不準確或出現(xiàn)其他失誤,撞擊艙就有可能撞不上彗星。所以,能不能一下子撞上去,也是一個懸念。

  總而言之,“深度撞擊”此行,是對空間探測高新技術(shù)的一次嚴格檢驗。

  就像蚊子沖進波音767

  有報道說,這一撞擊相當于4.5噸TNT烈性炸藥的爆炸威力,將在彗核表面撞出一個數(shù)十米深、足球場那么大的環(huán)形坑。這次碰撞將導致大量彗核物質(zhì)向宇宙空間噴射而出,從而使彗星亮度明顯增加。

  對此,李競認為:“撞擊之后,肯定是煙塵彌漫,火光沖天,等到一切消散后,將會出現(xiàn)什么情況呢?是撞出1個足球場那么大的深坑,還是4個足球場那么大的坑,或是其他結(jié)果?現(xiàn)在誰也說不清楚!

  “為什么說不清楚呢?就是因為人類對彗星本身的情況還不了解!崩罡傉f,“當然,科學家們希望撞得越深越好,以便更多地探測彗星內(nèi)部,所以叫深度撞擊!

  那么,這一撞擊會不會把“坦普爾一號”彗星給撞碎?李競回答:“決不會撞碎!彼f,相對于長徑14公里、短徑4.8公里的“坦普爾一號”來說,撞擊產(chǎn)生的坑,即使有足球場那么大,也不算什么。美國國家宇航局的科學家也說,他們并不確知撞擊會產(chǎn)生什么樣的后果,但他們指出,這一撞擊摧毀彗星的可能性極小。

  這一撞擊會不會改變彗星的運動狀態(tài)和運動參數(shù)?李競回答:“會!但是可以忽略不計!备鶕(jù)公布的數(shù)字,經(jīng)過撞擊,“坦普爾一號”彗星的速度每秒鐘要增加萬分之一毫米,只不過使它原來5.5年的軌道運行周期減少1秒,這一結(jié)果根本觀測不出來。

  正如美國國家宇航局噴氣推進實驗室“深度撞擊”探測計劃科學家唐·約曼斯所說:“從科學角度來看,這一撞擊就好比讓一只蚊子沖進一架波音767客機,完全不會影響到彗星本身的運行軌道!(來源:人民日報;作者:武衛(wèi)政)

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