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揭秘水星——“信使”号探测器即将进入环绕水星轨道

(2011-03-11 09:54:15)
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杂谈

本文来自美国参考雾谷飞鸿作者 Jianan, 2011-03-10


经过6年又7个月的空间旅行、先后六次飞临地球、金星和水星,“信使”号(MESSENGER)水星探测器还有一个星期就要进入环绕水星的轨道,对这颗人类知之甚少、最靠近太阳的行星开展多项研究考察。


  

水星,Mercury,它的西文名字来源于古代希腊和罗马神话,指的是在人神两界传递讯息的神祗(Hermes古希腊)和众神之间的信使(Mercurius古罗马)。汉语称之为水星,并非因为英文Mercury的另外一个意义是水银的缘故。据王力主编的《中国古代文化常识》2008年修订版,古代有“五星出东方利中国”一说,这里的“五星”,在先秦称为太白、岁星、辰星、荧惑和镇星,而在秦汉以后,由于五行说的普及,又被称为金星、木星、水星、火星和土星。


  

水星尽管早为人知,但是因为它是距离太阳最近的一颗行星,从地球上看过去,偏离太阳视角最大的时候也只有28度,日光带来的干扰使得即使哈勃天文望远镜也很难对它直接进行观测,所以是迄今为止人们了解最少的行星之一。举一个例子,过去天文学界一直认为它的自转和公转的角速度相同,因而就像月亮总是同一面对着地球一样,它也是同一半球总是对着太阳。直到1965年,美国天文学家才通过雷达探测得出它的准确自转周期,发现在水星上也有白天黑夜之分,只不过比我们在地球上过得慢得多,在那里的“一天”相当于地球上的176天。


  

水星给人们带来的疑问远远多过对它的认识,为了解答这些疑问,宇航局给信使号设定了多项重要任务:

¾     利用携带的多种分光计测量水星表面的元素,用来解释水星的密度在八大行星当中仅低于地球的原因;

¾     30多年前的 “水手10”号探测器曾经两次掠过水星,但是只对水星45%的表面区域进行了拍照,而“信使”号将要拍摄水星整个表面,而且当它入轨之后拍摄的照片将比入轨前掠过水星时分辨率高3倍以上,从而有可能确定水星诞生过程的地质过程,对进一步了解太阳系行星生命史有重要意义;

¾     水手10号意外地发现水星具有微弱的磁场。尽管强度只有地球的1%,但这是除地球之外发现仍有磁场存在的唯一类地行星。信使号在入轨前3次掠过水星,已经确认其磁场并非来自内核,环绕轨道飞行将进一步揭示水星磁场的发生机制;

¾     水星因为距离太阳很近,日照表面温度最高可达450摄氏度,但极地有高大的环形山,其内侧永不见天日,而且因为水星大气极为稀薄,不存在像地球那样的热量传递,所以那里的温度永远低于零下200摄氏度。雷达观测发现那里的表面具有很强反射能力,科学家们希望信使号能够确认那到底是不是冰,解决人类能否前往水星殖民的基本前提;

¾     除开检验极地是否有冰存在之外,还将通过对大约15%的蓝色水星地表的深入研究,以及稀薄大气成分的分析,了解水星的地质活动,从而解释它的形成历史,甚至会增进我们对地球诞生过程的认识。


  

 信使号是2004年8月3日从美国卡纳维拉尔角发射的,使用的是波音公司的德尔塔2型火箭。把探测器送入环水星轨道比仅仅掠过水星所需能量要大得多,在携带这么多仪器的情况下,目前的技术很难实现。上个世纪80年代中期,来自台湾的宇航局女科学家颜刘贞婉(Chen-wan L. Yen)通过计算发现,利用多次飞越金星和水星得到的引力辅助,可以实现环水星飞行的目的。


  

颜刘贞婉在引力辅助深空探测方面的工作还使得美国宇航局得以向外行星、小行星和彗星发射探测器。为此宇航局在1999年将原来名叫“4606 P-L”的一颗直径5公里的小行星重新命名为“9249颜”,以表彰她对空间探索做出的卓越贡献。


  

美国东部时间3月17日晚上8点45分(北京时间3月18日上午9时45分),信使号将启动它的入轨制动发动机,预计15分钟后将探测器的速度降低到轨道运行速度,然后依次将各项仪器调整到工作状态,到4月4日正式开始全面探测活动。


  

信使号上的燃料预计可以让它对水星进行4个水星年(一个水星年等于88个地球日)的科学考察活动。在那之后,由于不再能够维持特定的轨道高度,数年后它将在水星表面坠毁。


  

让我们设想如果有一天,人类真的到水星上去殖民,在那里建立起来的文明会与地球文明有很大差异。比方说,地域温差如此之大,“人们”的居住生活条件和地球肯定绝然不同,物质和文化生活会是个什么样子呢?在地球上“太阳从西边出来”指的是无稽之谈,而在水星上,当水星运行到近日点的一段短时间里(前后各4个地球日),局部地区的“水星人”会看到太阳先从东方升起,然后又返回落下山去,过一段时间再次升起来。如此等等的天差地别,日积月累,有谁能够保证移民过去的地球人会认他们的老祖宗呢?


  

(所有图片均取自美国宇航局网站) 

 

 

http://blogs.america.gov/mgck/files/2011/03/image0013.jpg

信使号于2004年8月3日从美国卡纳维拉尔角发射升空

 

http://blogs.america.gov/mgck/files/2011/03/image0024.jpg

信使号入轨制动发动机点火示意图

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信使号入轨之后飞临水星北极示意图

http://blogs.america.gov/mgck/files/2011/03/image0042.jpg

“信使”号从发射到进入水星轨道一共环绕太阳飞行将近16圈,行程将近80亿公里,其间一次飞经地球,两次飞经金星,三次飞经水星。

http://blogs.america.gov/mgck/files/2011/03/image005.png

颜刘贞婉在她题为“发射水星轨道飞行器的飞行轨迹新方案”(New Trajectory Options for Ballistic Mercury Orbiter Mission)论文里为信使号设计的飞行方案之一

http://blogs.america.gov/mgck/files/2011/03/image006.jpg

从太阳看“信使”号水星探测器入轨示意图。

http://blogs.america.gov/mgck/files/2011/03/image007.jpg

“信使”号探测器携带的仪器(从左上角起顺时针):水星大气和表面成分光谱仪,伽马射线谱仪,激光高度计,快速成像等离子体光谱仪,高能粒子光谱仪,中子谱仪,磁强计,完全冗余数据处理器,水星X射线谱仪,水星双重成像系统,太阳X射线谱仪

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