科学家表示,在任何给定时刻,都应该至少有一个星际天体——可能是来自另一颗恒星的流浪小行星或彗星——穿过内太阳系。2017年,天文学家发现了第一个已知的此类星际访客,它高速掠过我们的星球。这个神秘的天体被称为“奥陌陌”,现在正在远离我们的太阳系,已经太远,无法进行进一步的望远镜观测,而且速度太快,任何当前的航天器都无法追上。我们很可能再也见不到它了。但正如“奥陌陌”来去匆匆一样,专家们开始想知道,我们是否有可能访问我们发现的任何未来的星际访客。
现在,一项新的欧洲任务可能正是为此而生。这项名为彗星拦截器的任务于6月19日被欧洲航天局选中,目的是访问星际天体或首次进入内太阳系的遥远彗星。计划中的航天器在设计时没有考虑特定的目标,而是旨在成为太空中的哨兵,等待交会机会。“我们选择了一个我们第一次不知道要去哪里的任务,”瑞士伯尔尼大学的尼古拉斯·托马斯说,他是彗星拦截器团队的成员。
欧空局官员预计,准备彗星拦截器以作为该机构大气遥感红外系外行星大型巡天(ARIEL)太空望远镜的辅助有效载荷于2028年发射,将耗资约1.5亿欧元,即1.7亿美元。ARIEL 将飞往距离地球约 150 万公里的位置,远在月球之外,称为拉格朗日点 2 (L2)。L2 是一个特殊的稳定区域,地球和月球的引力影响几乎相互抵消,允许航天器在那里停留,同时消耗最少的燃料。
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彗星拦截器将与 ARIEL 一起前往 L2,并在那里等待天文学家发现有价值的目标。然后,任务控制人员将向航天器发出信号,启动推进器,追逐目标进行更仔细的检查。航天器不会降落在目的地,而是进行快速飞掠,并在可能距离 1,000 公里的距离内观察目标仅几分钟。但是,彗星拦截器还将配备两个较小的无人机式航天器,它们将被送往更靠近目标的位置,以收集更详细的数据,而不会冒着损坏主飞行器的风险。
在航天器在 L2 等待期间,任务的科学团队将积极搜索潜在的访问目标,特别是寻找来自外太阳系深处的彗星。到目前为止,所有以前的航天器与彗星的交会——例如 1986 年的乔托号和维加号任务前往哈雷彗星,或 2014 年的罗塞塔号前往 67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星——都涉及短周期彗星,这些彗星定期掠过太阳,因此自四十多亿年前在早期太阳系形成以来已经发生了相当大的变化。“它们已经被加热了很多次,”彗星拦截器任务负责人、伦敦大学学院的杰兰特·琼斯说。“随着加热,你会改变表面的性质。”
研究更原始的、所谓的长周期彗星首次冲向太阳,可以为我们确切了解我们太阳系在很久以前是如何形成的提供新的见解。彗星拦截器将携带能够辨别这种彗星成分、年代和名称的仪器——它是什么时候、在哪里制造的,以及用什么制造的。大多数长周期彗星被认为是在我们太阳系行星的范围内形成的,然后被木星和其他新生的巨行星散射到更远的地方。在那里,那些原始的流浪者形成了所谓的奥尔特云,这是一个巨大的彗星区域,包裹着太阳系,并延伸到一光年或更远。
彗星拦截器的另一个首要目标(它只能访问一个天体)将是类似“奥陌陌”的星际天体。由于 2017 年“奥陌陌”飞过时没有合适的航天器准备就绪,天文学家别无选择,只能眼睁睁地看着它在望远镜中迅速消失,然后加速离去。他们计划下次做好更充分的准备。
欧空局科学与探索高级顾问马克·麦克考格伦说:“那种兴奋感,那种你可以到达来自另一个太阳系的真正星际天体的想法,有助于推动这项特殊任务的立项。”“我们相信,如果你找到另一个星际天体,这是有可能的,而且应该有很多。”
寻找长周期彗星,更不用说星际天体,目前仍然相当棘手——但无论如何,就目前而言。“奥陌陌”最初是由全景巡天望远镜和快速反应系统 (Pan-STARRS) 发现的,该系统对天空具有广角视野,但 Pan-STARRS 的全景视野很快将被另一个即将到来的天文台所黯然失色。该天文台——大型综合巡天望远镜 (LSST)——计划于 2022 年在智利的一座山顶上开始运行。“我们预计在整个 10 年的巡天中发现大约 10,000 颗彗星,”华盛顿大学的梅雷迪思·罗尔斯说,她是 LSST 团队的成员。“我们将对它们每颗进行 50 次观测,因此我们将获得许多不同的图像。”
一路走来,天文学家也应该发现一些星际闯入者,尽管目前尚不确定具体有多少。LSST 的规划者表示,它可以发现足够大的(至少几百米宽)星际闯入者,超出土星轨道,在它们最接近太阳之前几年。如此早期的预警将为彗星拦截器任务提供充足的时间来规划前往其中一个天体的航线,前提是它在进入内太阳系时穿过地球轨道平面。
目前的计划要求航天器在 L2 等待最多三年,然后必须出发前往目标。如果在这段时间内没有看到长周期彗星或星际天体——根据团队的说法,这大约是四分之一的机会——彗星拦截器将简单地访问“B 计划”目的地。一个潜在的备用目标将是短周期彗星 73P/施瓦斯曼-瓦赫曼 3 号,它被认为是碎裂的彗星。
在最佳情况下,彗星拦截器将有多种目标可供选择——丰富的选择将迫使团队做出一些棘手的决定。是应该冒险等待高价值目标,例如星际天体,还是即使目标不那么令人兴奋,也要抓住第一次机会离开 L2?这些讨论将在未来几年进行,但前往星际天体的可能性可能非常诱人。“我觉得这将是不费吹灰之力的事情,”耶鲁大学的达里尔·塞利格曼说,他研究过此类遭遇的潜在轨迹和操作。“但你不知道‘奥陌陌’是否是昙花一现。”