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“罗塞塔”为什么要去探彗星?

“罗塞塔”探测器拍摄的67P彗星的全貌,摄于2014年8月3日。图片来源:ESA

北京时间2014年8月6日17时06分,欧洲空间局的“罗塞塔”探测器进入了环绕67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星(以下简称“楚-格”彗星)的轨道,成为人类历史上第一枚环绕彗星运行的探测器,“罗塞塔”在twitter上甚至跃升热门话题榜首位。

耗资10亿欧元的“罗塞塔”为什么这么火爆?因为它有可能帮助我们回答老祖先们一直在念叨的一个基本问题:“我们从哪里来?”所以,各位就不妨花点儿时间和我一道,看看为什么你现在能坐在这里花点时间和我一道吧。

古人认为彗星是不祥之兆,而现在我们知道,彗星不过是水冰和岩石组成的“脏雪球”——说白了,就是不能吃的冰淇淋。在寒冷黑暗的太阳系外围,有大量这样的“冰淇淋”。如果运气好的话,在大行星或者过路恒星的引力摄动下,这些“冰淇淋”会奔向内太阳系,水冰以及其他易挥发物质在受到太阳的光和热之后被释放出来,于是形成了漂亮的尾巴,即“彗尾”。

现在我们都知道,彗星非但不是不祥之兆,反而可能是地球上存在生命的直接因素。目前大多数科学家都认为,在太阳系形成早期,大量彗星撞击地球,带来了生命之源——水[1]。还有科学家进一步认为,和彗星一并来到地球上的,还有构成生命的原始物质,甚至生命本身[2]。所以当你喝水的时候,可别忘了那些为了生机勃勃的地球而粉身碎骨的彗星们。

彗星本身很小,不会有地质活动,加上长期呆在太阳系外围的“冰冻室”里,所以它们很好地保存了太阳系早期的资料,尤其是那些可能和地球上的生命诞生有关的资料——这就是现在天文学家对彗星这么感兴趣的主要原因。所以简单来说,探测彗星可以帮助我们回答“我们从哪里来”这个困扰人类千年的大问题。这枚探测器也就因此形象地被命名为“罗塞塔”—— 一块对破译古埃及的象形文字起到巨大作用的石碑。而准备登陆彗星的登陆器“菲莱”,则得名于配合罗赛塔石碑进行比照研究的“菲莱”方尖碑。[2014年8月9日订正:“菲莱”登陆器并非得名于发现罗赛塔石碑的小岛,而是得名于和罗赛塔石碑进行对照研究的菲莱方尖碑。罗赛塔石碑发现于濒临地中海的罗赛塔城(如今称为拉希德,Rashid),而菲莱方尖碑发现于埃及南部的菲莱岛。感谢果壳网友@你这是自寻箱子 指正。]

长城上空的 Lovejoy 彗星( C/2013 R1),章佳杰摄于2014年1月12日。图片来源:夜空中国

在所有彗星中,天文学家最感兴趣的要数“木星族彗星”了。木星族彗星是指受到木星引力影响的彗星,这些彗星距离太阳最远处都在木星轨道附近,公转周期在20年以下。“楚-格”彗星就是一颗木星族彗星。在撞击地球的彗星中,木星族彗星可能占据高达90%以上[3],它们对地球有着举足轻重的影响。

此外,木星族彗星还有一个优点:因为它们距离太阳总是不太远,水冰及其他挥发性物质会消耗得很快,平均寿命一般不会超过一两千年[4],因此我们现在能观察到的木星族彗星,一般都是最近才从太阳系外围被“请”进来的—— 一两千年在天文学上简直连一瞬间都算不了!所以,这些彗星几乎肯定是“假一赔十”的“新鲜”。

人类目前实施过空间探测的彗星,除了哈雷彗星以外,全是木星族彗星。不过,以前的彗星探测器大多是“眼看手勿动”,大多仅是近距离飞掠;相对来说比较“出位”的“星尘”号(Stardust)也不过是捕捉了一些彗星喷发的小颗粒便返回地球,“深度撞击”号(Deep Impact)只是在彗星上炸了个大洞,充其量只能算是“闻了闻”这些“冰淇淋”的味道。

“罗塞塔”号不仅将环绕彗星运行一年多,观察彗星接近太阳时“被撩起”的全过程,还将释放“菲莱”号登陆器,登陆彗星表面采样钻探,可以算是人类历史上第一次要“尝尝”彗星的味道。

顺带一提,木星族彗星还和目前天文学界一个大谜题有关:我们身边有多少近地小行星是那些耗尽了挥发物质的彗星核呢?因为这些小行星内部深处仍然可能埋有水冰,它们数量的多寡可以左右我们对地球历史的知识。天文学家们通过观测认为,B型和C型小行星中或许混有相当数量的这些“死彗星”,甚至可能高达20%[5]

不少小行星虽然看上去既没有彗发也没有彗尾,却运行在典型的木星族彗星形轨道上,或许可以为天文学家的论断提供佐证。目前已经拍板的两个小行星探测任务——美国的“欧西里斯大君”(OSIRIS-Rex)计划和日本的“隼鸟2号”计划——将分别前往101955号小行星“不死鸟”(B型)和162173号小行星(C型)进行取样返回。我国正在筹备中的小行星探测任务的潜在目标——175706号小行星,也是一颗B型小行星。

目前彗星的空间探测呈现美日欧三足鼎立的格局,俄罗斯在苏联时代也曾占据一席之地。除了美国的“轮廓线”任务(CONTOUR)之外,所有的探测任务都取得全部或部分成功。其中最可圈可点的应该是1986年的“国际哈雷彗星联队”,美国、日本、欧洲和苏联共发射了6枚无人探测器,前往探测这颗在人类历史上最鼎鼎大名的彗星。顺带一提,这次跨越国界的联合项目既是苏联最后一次,也是日本第一次行星际探测任务,日本从此登上深空探测的国际舞台。

“罗塞塔”拍摄的67P“楚-格”彗星的局部细节,摄于2014年8月6日。图片来源:ESA

在“罗塞塔”入轨之前一周,刚好是第一次世界大战开始的百年纪念日。100年前水火不相容的欧洲,100年后却能团结一致,为人类对大自然的认识添砖加瓦,恰恰应了那个老得不能再老的道理:科学无国界。虽然中国并未直接参与“罗塞塔”号任务,但据我了解,将有中国天文爱好者加入全球联合观测网,和“罗塞塔”号探测器一道对“楚-格”彗星进行观测,帮助我们更好地回答许多与彗星有关的谜团。

在经过10年的等待之后,大戏要开演了。请各位屏住呼吸,拭目以待,我们有可能就要弄明白为什么我们现在能坐在这里玩电脑了哦。对了,圈上2014年11月11日,那是拟定的“菲莱”号登陆彗星的日子。虽然偷菜现在好像已经过时了,不过至少到时我们就知道彗星上也有菜了…… (好吧,那是菲莱,勒挨莱,不是菜,不过能怪我吗,一看到这个名字我就饿!)

参考文献

  1. Fernández, Julio A. (2006). Comets.
  2. Martins, Zita, Price, Mark C., Goldman, Nir, Sephton, Mark A., Burchell, Mark J. (2013). Shock synthesis of amino acids from impacting cometary and icy planet surface analogues. Nature Geoscience.
  3. Stokes, G. H., Yeomans, D. K., Bottke, W. F., et al. 2003, Report of the Near-Earth Object Science Definition Team, 21
  4. Emel’yanenko, V.V., Asher, D.J., Bailey, M.E. (2004). High-eccentricity trans-Neptunian objects as a source of Jupiter-family comets. Mon. Not. R. Astron. Soc., 350, 161-166.
  5. Binzel, R. P., Perozzi, E., Rivkin, A. S., Rossi, A., Harris, A. W., Bus, S. J., ... & Slivan, S. M. (2004). Dynamical and compositional assessment of near‐Earth object mission targets. Meteoritics & Planetary Science, 39(3), 351-366.

延伸阅读

 

原文发表于 叶儿山 ,转载有改动。(编辑:Steed

The End

发布于2014-08-07, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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小龙哈勃

天文研究生,科班出身的天文/气象爱好者

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