观看周日彗星飞掠的最佳地点是火星

科学家和卫星为彗星与火星壮观的偶然相遇做好准备


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在一百多万年前,大约在地球上的一些灵长类动物开始掌握用火的同时,一颗漂浮在我们太阳系外缘的彗星感受到了来自一颗矮行星或一颗路过恒星的轻微引力,并开始向太阳坠落。 从那时起,它就一直在坠落,伴随着灵长类动物发展出语言、驯化植物、建造城市以及向外太空发射火箭和机器人。
 
在10月19日星期日下午2:30左右(美国东部时间),大约十几个行星际机器人和数百名地球上的科学家将观看这颗直径一公里的尘土冰块接近其向太阳俯冲的终点。 这颗彗星在澳大利亚赛丁泉天文台被命名为“赛丁泉”,天文学家罗伯特·麦克诺特于2013年1月首次在那里观测到它,它将以每秒56公里的速度在距离火星138,000公里的地方飞掠而过——这只有地球和月球之间距离的三分之一左右。 在赛丁泉彗星与这颗红色星球近距离接触大约一周后,这颗彗星将向外太空飞去,预计至少在一百万年后才会再次返回。
 
“通常我们去彗星那里观察它们,但这次是彗星来到我们这里,”美国宇航局行星科学部门的项目科学家凯莉·法斯特说。 赛丁泉彗星的高速度和高倾角轨道,远离包含行星的黄道面,使其即使是我们最强大的火箭也无法触及。 我们能够近距离看到它纯粹是运气,科学家们充分利用了这个机会,花费了一年多的时间精心策划他们的观测。
 
即使使用相对较大的消费级望远镜,从地球上看到的景象也将黯淡无光。 但在外太空,哈勃、斯皮策、钱德拉、开普勒和雨燕望远镜都将拥有极佳的视野。 每个望远镜都将目光转向火星,以远程监测赛丁泉彗星的相遇,研究彗星的成分和活动,以及它与火星和太阳风的相互作用。 如果运气好的话,哈勃望远镜可能会看到火星极光,因为电离粒子扰乱了这颗行星微弱的磁场。
 
在火星周围,美国宇航局的三颗轨道飞行器以及来自欧洲和印度的轨道飞行器将获得更近距离的观测,捕捉到彗星及其它事物的壮丽广角马赛克图像。 美国宇航局的MAVEN轨道飞行器,几周前刚刚抵达,将观察从彗星释放出的气体撞击火星大气层,可能会将这颗行星稀薄的外逸层和电离层加热30摄氏度。 观察火星大气层如何响应冲击将帮助MAVEN研究人员校准他们未来的观测,这些观测旨在揭示火星在远古时期是如何以及为何失去其大部分大气层和地表水的。
 
从火星表面,好奇号和机遇号探测车将尝试观测彗星在天空中延伸的广阔景象,尽管它最近的接近点将在白天发生。 它们可能会看到天空中突然爆发闪烁的流星——来自赛丁泉彗星尾部的尘埃在火星大气层中燃烧——并拍摄到第一张从另一个世界表面拍摄的彗星图像。
 
它与红色星球的偶然相遇并不是赛丁泉彗星特殊的唯一原因。 人类以前已经看到并虚拟访问过几颗彗星。 11月,欧洲航天局的菲莱探测器甚至将着陆到其中一颗彗星上。 但是,我们密切研究过的所有彗星都以仅几十年或几百年的轨道绕太阳运行,在强烈的阳光下缓慢地蒸发。 赛丁泉彗星是我们第一次近距离观察不同的东西。 它直接来自奥尔特云,这是一个巨大的球形彗星群,在我们太阳系早期形成,当时木星和其他巨行星将行星形成的残余物抛入外太空黑暗中。 像奥尔特云的所有彗星一样,赛丁泉彗星是那个逝去时代的原始遗迹,携带着来自我们太阳系婴儿期的其他无法获得的秘密。 “这将是我们首次有机会成像并仔细研究奥尔特云彗星的彗核,”美国宇航局喷气推进实验室(JPL)火星探测计划的首席科学家理查德·祖雷克说。“我们想知道彗核是由什么构成的,它看起来像什么,以及它的行为方式。”
 
尽管它在每张图像中只显示为七到八个像素,但祖雷克和他的同事们希望使用HiRISE——火星勘测轨道飞行器上的高分辨率相机——拍摄几张赛丁泉彗星彗核的照片,并在稍后将它们组装起来制作成一部简短、令人愉悦的电影。
 
大多数短周期彗星的表面都像煤一样黑,这可能是由于靠近太阳烘烤造成的。 但如果赛丁泉彗星也有一个黑暗的表面,那么这将表明这种现象是由于太阳烘烤以外的其他原因造成的。 辨别其彗核及其气体外壳(称为彗发)的成分,也有助于确定彗星最初形成的确切位置,以及它的冰冷同胞是否在很久以前帮助将水输送到地球和其他岩石类内行星。 其他见解可能来自对赛丁泉彗星的自转、表面活动以及与火星高层大气相互作用的仔细检查。
 
彗星的气体彗发现在跨越超过19,000公里——足够大,可以在其经过期间将红色星球包裹几个小时——但对那里的航天器没有造成重大风险。 彗星的尘埃尾巴是另一回事。 经过美国宇航局选定的三个独立小组的仔细研究,一致认为赛丁泉彗星尾巴的最边缘将扫过轨道飞行器的路径,这是一次擦肩而过的撞击,将在周围空间散布稀疏的毫米级尘埃颗粒。
 
“即使是微小的尘埃颗粒,以每秒56公里的速度撞击也会对航天器造成严重损坏,”美国宇航局火星探测计划的首席电信工程师查德·爱德华兹说。 探测车在地面大气层下是安全的,但每颗火星轨道飞行器都将暴露在外。 为了最大限度地降低风险,美国宇航局以及欧洲和印度航天局已经调整了每艘航天器的轨道,以便它们在尘埃雨达到顶峰时隐藏在行星的另一侧。 在彗星最接近点之后大约一个半小时,轨道飞行器将飞过尘埃轨迹的残余部分。
 
在地球上的喷气推进实验室,爱德华兹和他的同事们将不安地坐在电脑屏幕前,通过美国宇航局遍布全球的深空网络射电望远镜监测每个轨道飞行器,尽量屏住呼吸。 即使一颗轨道飞行器发生故障也可能对整个火星探测计划构成严重威胁。 “这些轨道飞行器中的大多数都执行通信和科学任务,”爱德华兹说。“基本上,我们两辆探测车的所有数据都通过轨道飞行器的中继无线电传输。 谁都不想失去这种能力……一旦我们从行星周围出来并完成另一次轨道飞行,人们就会松一口气。”
 
然而,风险应该值得见证这场千载难逢的宇宙巧合所带来的回报。 “如果这颗彗星是来到地球,每个人都会放下一切,我们都会日夜不停地观察它,”约翰·霍普金斯大学高级研究科学家、全球监测赛丁泉彗星活动的主席凯瑞·利斯说。“令人惊叹的是,这个拥有数百万年轨道的物体在人类文明曙光时被抛到这里,而我们现在才能够研究它,这要归功于我们最近发射的空间望远镜以及我们的火星轨道飞行器和探测车。 你通常不会意识到自己正身处历史创造之中,但在这里,这是毋庸置疑的。”

Lee Billings is a science journalist specializing in astronomy, physics, planetary science, and spaceflight, and is a senior editor at 大众科学. He is the author of a critically acclaimed book, Five Billion Years of Solitude: the Search for Life Among the Stars, which in 2014 won a Science Communication Award from the American Institute of Physics. In addition to his work for 大众科学, Billings's writing has appeared in the New York Times, the Wall Street Journal, the Boston Globe, Wired, New Scientist, Popular Science, and many other publications. A dynamic public speaker, Billings has given invited talks for NASA's Jet Propulsion Laboratory and Google, and has served as M.C. for events held by National Geographic, the Breakthrough Prize Foundation, Pioneer Works, and various other organizations.

Billings joined 大众科学 in 2014, and previously worked as a staff editor at SEED magazine. He holds a B.A. in journalism from the University of Minnesota.

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