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美国“信使”号探测器到水世界寻找地球的影子

http://www.sina.com.cn 2004年08月09日10:17 瞭望东方周刊

  《瞭望东方周刊》记者于达维报道

  “‘信使’的这次飞行,将完成人类对地内行星——地球后院的一个完整的探测,将帮助人类了解那些形成我们自己星球的力量。”

  美国东部时间8月3日凌晨2时16分,“信使”号水星探测器在美国佛罗里达州的卡纳
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维拉尔角空军基地由波音公司的“德尔塔2”型火箭顺利送入太空,飞向太阳系9大行星中体积最小、也是距离太阳最近的成员——水星。“信使”号是美国航空航天局、卡内基学院以及约翰·霍普金斯大学共同研制开发,耗资仅4.27亿美元,重1.2吨。

  这是30年来,人类首次对这颗神秘的星球进行的近距离探索。

  最小的“小妹”

  水星、金星、地球和火星是太阳系9大行星中4个类地行星,他们都由坚硬的岩石构成,并被一定量的大气层所包裹。而水星是这四姐妹中最小的一个,也是距离太阳最近的一个。她平时被太阳紧紧关照,呵护备至,很少让人看到她真正的美貌,即便出现,也只是在地平线附近羞涩地露出浅淡的微笑。

  虽然个头最小,水星的密度却是类地行星中最大的。科学家估计,构成水星的物质至少三分之二是铁。另外,水星表面昼夜温差极大,白天温度大约为450摄氏度,夜间约为零下150摄氏度,昼夜温差达600摄氏度。在阳光永远照不到的水星两极,有大型的环形山,其内部恒定温度在零下212摄氏度以下。从水星极地雷达照片上看,这些大环形山内部的反射率极高,科学家推测,那里的物质中可能有冰。

  哈佛-史密森尼天体物理研究中心斯科特·肯扬告诉《瞭望东方周刊》,水星作为太阳系最接近太阳的行星,其距离还不到日地距离的三分之一,水星上的一年只有3个月,水星质量只有地球的5.5%,是最小的类地行星;虽然水星和火星一样,具有厚重的大气,但水星上任何地方都不具有支持生命的能力。

  地球人对水星的这次探索,将着重寻找几个问题的答案:为什么水星密度那么大?水星作为类地行星的地质史是什么样的?水星内核的结构如何?了解这几个问题,将帮助地球人对地球自身的形成,有更多更深入的认识。

  “我们对火星和金星的探测已经为探索地内行星的形成提供了大量令人兴奋的数据,并由此产生了许多新的理论。”美国航空航天局总部太阳系探测部主任奥兰多·费古拉说,“但是,水星依然是一个拥有许多不为人知的故事的星球,‘信使’的这次飞行,将完成人类对地内行星——地球后院的一个完整的探测,将帮助人类了解那些形成我们自己星球的力量。”

  最清晰的影子

  自从30年前,“水手10号”在1974年和1975年两次飞跃水星以来,再也没有任何来自地球的探测器光顾过水星,她寂寞太久了。而“信使”号探测器终于拾起了“水手”久已尘封的接力棒。前两次的远距离飞跃,仅仅探测了45%的表面,水星的真容一直被半遮着。而这次,“信使”担负着一个野心勃勃的计划,利用身上携带的7种武器——成像系统、测量地形用的激光测高仪、探测水星磁场用的磁强计、以及能研究水星外壳、磁场、磁层和大气层的4种光谱仪,“信使”将把水星看个够。

  哈佛-史密森尼天体物理研究中心斯科特·肯扬教授说,“通过分析水星岩石的成分,我们想知道水星之所以密度这么大,是不是像地球一样,具有相对较多的铁、镍、钠和钙的成分。了解这些成分的相对比例,将有助于了解水星在她45亿年的历史中,是如何形成和演化的。根据现有理论,水星、金星、地球和火星这些类地行星都由1公里左右的岩石碰撞融合而成,如果我们知道水星密度为什么那么大,我们将对地球的形成有更多了解。”

  “我们一直不知道在恒星和行星星云中新形成的星体中间,元素周期表中的元素是如何分布的。如果我们了解水星上的元素分布,我们就能推断,在接近太阳的地方这些元素是丰富的。这也许可以帮助我们建立一个在像绘架座β这样的其他太阳系中,星体形成的模式。”亚利桑纳大学月球与行星实验室研究员安妮·斯布拉格对《瞭望东方周刊》说:“我们一直不知道地球的磁场如何形成,而水星也有这样的磁场,通过‘信使’号对水星磁场和引力场的探测,我们可以确定,水星是否和地球一样,有一个液态的内核?如果有,这个内核有多重?由此可以对我们了解地球的磁场提供帮助。”

  “另外,其他探测设备将在水星上寻找水。”肯扬教授说,“水星的一侧是炽热的,而另一侧是苦寒的,冷过地球上任何地方。而这两侧之间被称为终结者地带,大量由于小行星碰撞留下的环形山中,可能存在彗星接近太阳时带来的水。如果能在水星上发现水,我们就有可能知道地球上水的来源,同时,因为水是支撑生命的基础物质,发现存在于适合温度下的水将告诉我们,地球上生命是如何开始的。”

  “从‘水手10号’到‘信使’,30年来的技术进步,给我们了解水星全貌提供了最好的机会。”“信使”计划首席科学家,卡内基·梅隆大学地磁科学系主任肖恩·所罗门说:“当这个计划完成时,我们对水星的认识将和现在完全不一样。”约翰·霍普金斯大学应用空间物理实验室主任麦克尔·格里芬说:“随着‘信使’号向着水星前进,我们的情绪将越来越激动,几年后,我们将看到地球上没有任何人看到过的景象,我们将比现在更了解太阳系究竟是如何形成的。”

  一个壮丽的开始

  2011年3月,“信使”号将在发射升空接近7年后进入环水星轨道,人类的兴奋也将达到顶点。在这一过程中,飞船要绕太阳飞行15圈,其间,2005年8月将飞经地球一次,2006年10月和2007年6月将两次飞经金星,2008年1月、10月和2009年9月将3次飞经水星,利用行星的引力场为自己减速。2011年进入水星轨道后,“信使”号将对水星展开为期至少1年的科学探测。“信使”号的燃料预计2012年或2013年用完。届时,已经完成任务的“信使”号将永远留在水星上。

  “我们在做一件前人没有做过的事。在这次发射后,经过一段在地内行星中间漫长的旅程,即使到达水星后,困难和危险仍不可避免。不过,我们相信我们的设计,我们对任何能想到的危险都有准备。”“信使”计划负责人,约翰.霍普金斯大学应用物理实验室戴维·格兰特教授说。

  斯科特·肯扬教授说,所有的空间飞行都是危险的,一次大型太阳耀斑的出现就可能扰乱或摧毁“信使”号上的仪器;与任何小行星或小石块的碰撞都会使“信史”号毁于一旦;随着它越来越接近水星,太阳的炽热对仪器来说,又是个严峻的考验。我们将尽可能使危险减到最小,但即使这样,也无法把“信使”号弄得坚不可摧。

  美国航空航天局总部太阳系探测部主任奥兰多·费古拉说,“信使”号探测器的成功发射是这次水星探测计划的一个壮丽的开始,当我们庆祝胜利的时候,我们还有许多事情要做。


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