火星是周日彗星飞掠的最佳观景点

科学家和卫星整装待发,迎接彗星与火星的壮观邂逅


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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,一颗在太阳系外缘漂流的彗星感受到了矮行星或路过恒星的轻微引力牵引,并开始向太阳坠落。 从那时起,它一直在坠落,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而坠落。
 
在10月19日星期日下午2:30左右(美国东部时间),大约十几个星际机器人和数百名地球科学家将关注着这块直径一公里的尘土冰块接近其向太阳深处俯冲的终点。 这颗彗星被昵称为“赛丁泉”,以澳大利亚天文台命名,天文学家罗伯特·麦克诺特于 2013 年 1 月在那里首次观测到它。这颗彗星将以每秒 56 公里的速度,在距离火星 138,000 公里的地方飞掠而过——仅约为地球与月球之间距离的三分之一。 在赛丁泉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。
 
美国宇航局行星科学部的项目科学家凯利·法斯特说:“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。” 赛丁泉的高速度和高倾角轨道,远远超出包含行星的黄道面,使其远远超出我们最强大的火箭的射程。 我们能够近距离观察它完全是出于运气,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,从地球上的观测效果也将不佳。 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观测视野。 每架望远镜都将把目光投向火星,远程监测赛丁泉的遭遇,调查彗星的成分和活动,以及它与火星和太阳风的相互作用。 运气好的话,哈勃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,捕捉到彗星的绚丽广角镶嵌图以及更多信息。 美国宇航局的 MAVEN 轨道飞行器,在几周前刚刚抵达,将观察从彗星逸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有助于 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很久以前是如何以及为何失去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察彗星在天空中延伸的广阔景象,尽管对于这两辆探测车来说,最接近的时刻将发生在白天。 他们可能会看到天空中突然爆发的流星雨——赛丁泉彗尾的尘埃在火星大气层中燃烧——并拍摄到第一张来自另一个世界表面的彗星图像。
 
与这颗红色星球的偶然相遇并不是赛丁泉特别的唯一原因。 人类以前见过并几乎访问过几颗彗星。 11 月,欧洲航天局的菲莱探测器甚至将登陆一颗彗星。 但是,我们密切研究过的所有彗星都在几十年或几百年的轨道上绕太阳运行,在强烈的阳光下缓慢地沸腾消失。 赛丁泉是我们第一次近距离观察到不同的东西。 它直接来自 奥尔特云,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之中。 与奥尔特云的所有彗星一样,赛丁泉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 otherwise-inaccessible 的秘密。 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:“这将是我们第一次对奥尔特云彗星的核进行成像和密切研究的机会。 “我们想知道核心是由什么构成的,它看起来是什么样的,以及它的行为方式。”
 
尽管在每张图像中它只会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——拍摄几张赛丁泉彗核的照片,并在之后将它们组装起来制作一部简短、令人赏心悦目的电影。
 
大多数短周期彗星的表面像煤一样黑,可能是由于靠近太阳烘烤造成的。 但如果赛丁泉的表面也是黑色的,那就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准确位置,以及其冰冷的同胞是否在很久以前帮助将水输送到地球和其他岩石内行星。 其他见解可能来自对赛丁泉的自转、表面活动及其与火星高层大气相互作用的仔细研究。
 
彗星的气体彗发现在跨越超过 19,000 公里——大到足以在其通过期间包裹住这颗红色星球几个小时——但对那里的航天器没有构成重大风险。 彗星的尘埃尾巴又是另一回事。 在美国宇航局选定的三个独立小组的仔细研究之后,达成的共识是赛丁泉彗尾的边缘将扫过轨道飞行器的路径,这是一次擦边球,将在周围空间散布毫米大小的稀疏尘埃粒子雨。
 
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:“即使是很小的尘埃粒子,以每秒 56 公里的速度飞行也会对航天器造成严重损坏。” 探测车在地面上,在大气层下是安全的,但每个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个航天器的轨道,以便当尘埃雨达到顶峰时,它们将隐藏在行星的另一侧。 在彗星最接近点大约一个半小时后,轨道飞行器将飞过尘埃尾迹的残余部分。
 
回到地球上的 JPL,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的故障也可能对整个火星探测计划构成严重威胁。 爱德华兹说:“这些轨道飞行器中的大多数都执行通信和科学任务。 “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设备传输。 谁也不想失去这种能力……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,目睹这种一生难得一遇的宇宙巧合的展开,这种风险应该是值得的。 约翰·霍普金斯大学高级研究科学家、全球监测赛丁泉运动主席凯瑞·利斯说:“如果这颗彗星是来到地球,每个人都会放下一切,我们都会夜以继日地观察它。 “令人惊叹的是,这个拥有数百万年轨道的物体在人类文明的曙光时期被踢到这里,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的洪流之中,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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