□作者: 國太
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2005年1月12日,舉世矚目的“深入撞擊”(DeepImpact)彗星探測器發射升空了。它之所以吸引了全球眾多的眼球,是因為這一價值3.3億美元的彗星探測器,將在飛行4.31億千米之後,于2005年7月4日,撞擊名叫“騰佩爾”(Tempel)的彗星,以研究彗星內部秘密的計劃。用該項目主要負責人赫恩教授的話說就是︰“從太陽系形成至今,只有彗星的內部物質是一直沒有變化的。在這之前,我們並不了解彗星內部的情況,因此我們希望通過這次‘深入撞擊’來收集彗星內部的信息。”此舉是人類第一個實際接觸並探索彗星的空間計劃 最親密的接觸者——撞擊艙 "深入撞擊"探測器猶如一輛中型面包車大小,重650千克,由軌道器(也叫飛越艙)和撞擊艙組成。它們各自攜帶有儀器,如高、中分辨率成像設備,紅外光譜儀,光學導航裝置等,用于完成不同的科學任務,並能獨立地接收和發送信息。軌道器使用34米長的X波段無線電與地球和撞擊艙保持通信。當撞擊艙撞上彗星的小段時間內,測器上的初始數據將立刻被傳輸至地面,隨後的數據將在一個星期內傳輸完畢。在撞擊發生後,軌道器對“彈坑”和彗星內部物質的碎片同時使用光學成像和紅外線頻譜掃描。 名叫“撞擊者”的撞擊艙主要由銅(49%)和鋁(24%)制成,上面布滿銅釘,只有茶幾大小,材質采用銅的目的是不會在撞擊後混淆彗星的組成,因為彗星的成分中不含銅元素,這樣科學家能夠更容易地區別檢測出彗星成分。如果一切順利,這一重約370千克的小型撞擊艙,可于2005年7月4日在軌道器接近“騰佩爾”彗星前24小時釋放它,24小時後它撞擊彗星。撞擊艙被釋放出去以後,軌道器將會降低速度,改變航線,在距“騰佩爾”彗星500千米以內觀測撞擊過程。在記錄撞擊過程和收集彗星內部物質樣本的同時,它還會對彗核結構和組成進行分析。其主要任務是,考察撞擊後10多秒內彗核的變化,對撞擊過程、撞擊坑的形成及坑內部成像,獲取彗核及撞擊坑內部的能量譜,並存儲、發送圖像和能譜數據,它還接收撞擊器發回的數據。在此過程中,其高增益天線向地球發回近實時圖像。 按計劃,“撞擊者”在脫離軌道器後,將實施獨自操作,通過自身導航和動力裝置撞向彗星,其上的相機此時開始運行,在撞向彗星彗核的前2秒鐘,拍下絕無僅有的最近距離彗核的照片。“撞擊者”自身重量並不大,因此在撞向彗星後不會改變彗星的運行軌道。 隨後,彗星將從軌道器頭頂飛過。此時軌道器調轉角度從後面繼續對彗核進行跟蹤分析。其保護盾將保護其免遭彗尾破壞。當彗星遠離後,軌道器則大功告成,將記錄的數據傳輸回地球。按照計劃,假如軌道器還能工作,它還將繼續飛向另一顆彗星,執行下一項探測任務。 “深入撞擊”面臨的最大挑戰是在距離“騰佩爾”彗星8.64×105千米遠,以37000千米/小時的高速撞擊到直徑不到6千米的彗核,而且該區域必須被太陽照射,以便科學儀器能對撞擊過程及結果進行拍照。為此,“撞擊者”攜帶了1台名叫“撞擊者目標遙感器”(ITS)的高精度星跟蹤器,並使用曾深空1號探測器上試驗過的自主導航系統進行導航。它還攜帶能提供25米/秒推進速度的 推進系統,以進行必要的軌道修正和姿態控制。 “撞擊者”沖向彗核時產生的動能相當于4.5噸 TNT炸藥爆炸的能量。由于“撞擊者”和彗星之間的相對運動速度很大,兩者相撞時會產生巨大的爆炸力,故而銅制探測器將被熔解蒸發,產生焰火般的絢麗景象。預計會在彗核上撞出一個大約7∼15層樓深(深達30∼50多米)、橫截面相當于一個足球場大小的大洞,直達彗核。彈起的灰塵將反射出大量太陽光線,使得彗星看起來更亮。此時撞擊艙內一片刻滿全球天文愛好者名字、大小像迷你CD般的光盤,也將同時穿入彗星內部,永遠留存在彗星上。大約撞擊發生一天後,軌道器將拍攝出灰塵與彈坑的可視和紅外圖像,對它們的結構和組成進行研究。 美國航宇局說,希望這次撞擊能至少撞下彗星的一塊表層,以達到探視彗星內部情況、確定彗星的物理特性和了解彗星塵埃的目的,。科學家們表示,這是人類第一次嘗試撞擊彗星,以削落它的表層,分析其物質。這次撞擊應該不會改變彗星的行進路線。但科學家們並沒有把握一定能將彗星撞出個深洞,有人認為,這種踫撞可能只會達到擦撞效果。即使撞擊成功,也可能有5種結果︰ヾ按預定推算,在彗核上形成一個足球場大小的撞擊彈坑;ゝ.如果彗核是由固態的冰物質構成,撞擊後會形成一個普通的房間大小的彈坑;ゞ若彗核由一些與泡沙岩類似的堅硬多空的岩石組成,則踫撞只能把彗核物質進一步擠壓緊密。々假如彗核是由高密度的粉末狀物質組成,撞擊艙有可能會“穿星而過”;ぁ彗星在撞擊後被沖碎瓦解。 距離最近的旁觀者——軌道器 “深入撞擊”的軌道器不僅“扮演”母船的“角色”,把撞擊艙送至撞擊艙“滕佩爾”彗星附近,而且還是目睹和記錄這場空前大撞擊的最近的旁觀者。 撞擊艙與“滕佩爾”彗星撞擊後,巨大的能量會使坑中的一部分物質噴射出來,一些吸熱性化學反應發生。當噴射物從撞擊坑中噴射出來時,最早噴出的是彗星最表層的物質,它會噴射在離撞擊坑最遠的地方,而越晚噴射出的物質,原本埋藏在彗核的越深處,這些物質會噴射在離撞擊坑越近的地方。“深入撞擊”探測器的軌道器將觀察撞擊坑的形狀、測量撞擊坑的深度和直徑、確定撞擊坑及其噴出物的內部結構、監測由撞擊噴發出的氣態物質的變化,對這些噴射物成像。通過對最早的噴射物與後來的噴射物的比較,可能會確定出原始物質埋藏在彗核內部有多深? 在軌道器上裝有1個固定的太陽帆板及小的鎳氫電池、1幅高增益天線、碎片防護裝置、“高分辨率成像儀”(HRI)和“中分辨率成像儀”(MRI),它們用于成像、紅外光譜及光學導航。軌道器設計的關鍵是對碎片的防護。當其飛過彗發時,將有被小的粒子撞擊的危險,這可能會導致探測器的控制、成像和通信系統遭到破壞。為了盡可能的減少損害,軌道器飛過彗發時要旋轉,以便使碎片防護裝置對探測器及其儀器實施全面的保護。 第1次在行星探測領域使用的“高分辨率成像儀”,由1台30厘米孔徑的望遠鏡、1台紅外分光計及1台多光譜CCD相機組成,視場角為0.118o。紅外分光計成像比例為10米/像素,在撞擊過程中及撞擊坑形成後,它將探測釋放出來的能量氣體及噴射物的紅外能量。當軌道器在距離彗星700千米遠時,CCD相機能以小于2米/像素的分辨率對彗星成像,所以適合觀察彗核,能拍到彗星更清晰、更詳細的照片。這些數據被收集後,通過分析,並與宇宙中已發現的已知物質的能譜相比較,就可以實現對未知物質的認識。 “中分辨率成像儀”與“高分辨率成像儀”的不同之處在于所裝載的望遠鏡的視場角和分辨率的同。“中分辨率成像儀”的望遠鏡是1台卡塞格倫望遠鏡,孔徑為12厘米,焦距為2.1米。由于其視場角寬,為0.587o,最大分辨率為10米/像素,所以可觀測到彗星周圍更多的星體,產生彗星的大幅照片,並通過彗星周圍的氣體和塵埃粒子導航,從而更適合在撞擊前最後10天的導航。“中分辨率成像儀”還將作為“高分辨率成像儀”的備份觀測設備。 2005年8月開始,由軌道器拍攝的照片及收集的數據將陸續地傳回地球,整個數據傳輸將持續1個月;2006年4月,科學家們分析完這些照片和數據後,該項目最終結束。 雖然這次撞擊會改變“騰佩爾”彗星的軌道,而且是在“騰佩爾”彗星運轉到距離地球最近(約15000萬千米)時進行,但不會使它威脅地球的安全。相反,該計劃的另一個重要任務就是研究如何使彗星和流星體改變方向。如果地球面臨天體撞擊威脅,這一實驗獲得的資料將非常寶貴。 不過,彗星探測器的飛行之路並不平坦。 2002年7月3日,美國曾發射了“彗核之旅”探測器,但它在同年8月15日與地面失去聯系。但願“深入撞擊”一路順風。
文章作者:國太 責任編輯:skylook