着陆器暂时稳定在彗星上

尽管在将探测器固定在彗星上的系统出现问题,但菲莱着陆器仍旧安顿在了这个橡胶鸭形状天体的“头部”之上


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经过十多年的精心计划和数小时令人焦虑的紧张等待,今天早上,来自地球的使者完成了历史上首次在彗星上的软着陆。欧洲航天局的洗碗机大小的菲莱着陆器在东部时间上午 10:30 刚过不久,降落在 67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星崎岖不平的表面上,此前它在七小时前从其母船罗塞塔轨道飞行器上释放出来。
 
“我们到了那里。我们正坐在表面上。菲莱正在与我们对话,”菲莱着陆器经理斯特凡·乌拉梅茨在着陆的现场网络直播中说道。“我们正在彗星上。” 着陆器似乎运转完全正常,准备开始其前所未有的对冰冷彗星的近距离探索。着陆器的仪器套件尤其包括一个用于获取彗星地表以下物质的钻头,以及一个用于分析回收样本的小型化学实验室。人们希望来自着陆器的数据将揭示更多关于太阳系早期历史的信息,并可能帮助科学家们拼凑出更完整的关于富含水的彗星和小行星如何可能将海洋输送到幼年地球的图景。
 
罗塞塔号自身在八月份抵达丘留莫夫-格拉西缅科彗星时也创造了历史,成为有史以来第一个围绕彗星运行的航天器。它于 2004 年 3 月发射,三次飞掠地球,逐步加速以抵达目标。
 
任务规划者曾预计彗星是圆形和椭圆形的;但他们发现它像一个玩具橡胶鸭,由两个布满陨石坑的球状体——一大一小——通过一个锥形的冰屑颈部缝合在一起。这种奇怪的形状意味着彗星拥有更复杂的引力场,再加上彗星 12.4 小时的自转周期和喷发的 газовые 尘埃羽流,使得菲莱的着陆成为一项具有挑战性的天体导航壮举。
 
当罗塞塔号从轨道上绘制彗星地图时,研究人员研究了菲莱的众多潜在着陆点。他们迅速锁定了其中一个特别的地点,一个相对平坦的平方公里区域,被称为“阿吉尔基亚”。阿吉尔基亚位于橡胶鸭形状彗星的“头部”之上,是一个相对平坦的区域,在提供良好科学成果和确保安全着陆和地面操作之间取得了平衡。由于其地形平坦,阿吉尔基亚在被照亮时基本上没有阴影,为菲莱的太阳能电池板提供了更多的阳光。该地点靠近但不危险地靠近气体和尘埃喷发地点,也为菲莱提供了研究来自这些喷流的原始物质的机会,同时也对彗星核进行无线电测绘。
 
围绕着陆的紧张气氛在 11 月 12 日黎明前的几个小时开始积累,当时罗塞塔号释放了菲莱号。这个微小的探测器的下降将完全无动力,仅依靠彗星微弱的引力将其拉向着陆点。编排必须完美无瑕,即使是时间或轨迹上的微小误差也会在着陆器的漫长自由落体过程中被放大,使其落入错误的区域,或者更糟糕的是,完全错过旋转的彗星。它也必须几乎完全自主地进行,因为航天器和地面控制人员之间的无线电信号需要将近半小时才能跨越将彗星与地球分隔开的超过 4.8 亿公里的距离。
 
如果在下降过程中菲莱号和罗塞塔号之间失去通信且未能重新建立,任务将处于极度危险之中——在菲莱号部署几个小时后,当它在令人痛苦的几分钟延迟后与母船联系时,所有观看的工作人员都感受到了这种可能性。
 
一旦菲莱号着陆,风险只会增加;阿吉尔基亚并非完全平坦,如果着陆器停在一个过于陡峭的斜坡或巨石上,它将不可挽回地倾倒。或者,如果它的下降将其带到一个非常坚硬的着陆点,菲莱号可能会在微弱的引力场中从表面弹起,要么坠入太空,要么在彗星冰冷的峭壁上随意翻滚。为了防止这种情况发生,菲莱号被设置为发射一个低功率氮气推进器以稳定姿态,并部署鱼叉和冰螺钉以将自身固定在彗星上。在着陆准备期间,推进器氮气罐上的密封件未能破裂,但任务仍在继续进行,并将希望寄托在鱼叉和螺钉上。
 
在着陆后不久的新闻发布会上,乌拉梅茨指出,航天器似乎已经着陆,弹跳,然后再次落回,即使它的鱼叉显然未能将航天器固定在表面上。
 
尽管今天的软着陆具有历史意义,但从技术上讲,菲莱号并不是第一个登陆彗星的航天器:这一荣誉属于 NASA“深度撞击”任务的“撞击器”,这是一个装有仪器的铜块,于 2005 年 7 月撞击了坦普尔 1 号彗星。除了这两次彗星着陆之外,人类仅成功地将航天器着陆在其他六个天体上:金星、月球、火星、小行星丝川和小行星爱神星以及土星的卫星泰坦。
 
现在它已成功着陆,菲莱号的日程安排已排满,包括对其科学仪器的检查和对其着陆点的初步勘测。着陆器的主电池足以支持其进行三天的科学操作,之后菲莱号及其仪器套件将不得不依靠太阳能供电。任务科学家希望让着陆器运行大约半年,以便它可以近距离观看彗星在其轨道上更接近太阳时将爆发的烟火。水冰和其他挥发物将开始以更大的体积从彗星上升华,将物质羽流倾泻到太空中,并积聚起更厚的 газовое 和尘埃彗发。
 
到明年三月,彗星应该会变得太热以至于菲莱号无法运行,这将为即使是最乐观的延长任务设定结束日期,但罗塞塔号将继续独自飞行数月之久,观察彗星在太阳炙热的烘烤下焕发生机,直到它的任务也结束,在 2015 年 12 月,距离它开始已经过去了 4000 多天。
 

李·比林斯 是一位专门从事天文学、物理学、行星科学和航天领域的科学记者,并且是大众科学的高级编辑。他是广受好评的书籍 Five Billion Years of Solitude: the Search for Life Among the Stars 的作者,该书于 2014 年荣获美国物理研究所的科学传播奖。除了为大众科学工作之外,比林斯的文章还曾发表在纽约时报华尔街日报波士顿环球报连线新科学家大众科学和许多其他出版物上。作为一位充满活力的公众演说家,比林斯曾为 NASA 的喷气推进实验室和谷歌做过邀请演讲,并曾担任国家地理、突破奖基金会、Pioneer Works 和其他各种组织举办的活动的司仪。

比林斯于 2014 年加入大众科学,此前曾在 SEED 杂志担任编辑。他拥有明尼苏达大学新闻学学士学位。

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