本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
如果一切顺利,在耗尽燃料以对抗轨道衰减后,美国国家航空航天局(NASA)长期运行的信使号探测器将于4月30日结束其水星探测任务,以近4公里/秒的速度撞击水星表面。在过去的四年里,信使号探测器彻底改变了我们对距离太阳最近的行星的看法,揭示它与科学家们预期的惰性、挥发物耗尽的世界截然不同。
信使号探测器绘制的行星表面成分图显示,其中富含硫和氯等对热敏感的脆弱元素,这表明水星的形成方式可能比之前认为的更为温和。在水星南北极永久阴影笼罩的陨石坑中,探测器发现了大量水冰沉积物,以及可能由来自外太阳系的彗星或小行星撞击带来的富含有机物的暗色物质。最奇怪的是,信使号探测器发现了一种全新的地貌,似乎是水星独有的——神秘的“洼地”,即底部平坦的凹坑,看起来几乎像是被酸蚀刻到表面上一样。这些洼地明亮且没有陨石坑的痕迹,因此一定是地质年代上很年轻的。它们甚至可能在今天仍在形成,但没有人能确定,部分原因是水星缺乏任何其他经过精确年代测定的新近形成的地貌特征,可供进行比较。当信使号探测器撞击水星时,它将在更大的莎士比亚陨石坑附近刻出一个明亮、年轻、宽15米的凹坑,这将提供一个虽小但有用的参考标记,供未来的任务将洼地和水星表面其他令人惊讶地活跃的年轻特征与之进行比较。
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信使号探测器只是为科学目的而撞击天体的众多航天器中的最新一个。值此信使号探测器告别之旅之际,以下是我最喜欢的五个例子:
1. 月球坑观测和传感卫星 (LCROSS)
2009年10月9日,美国国家航空航天局(NASA)将半人马座上面级火箭和小型的尾随航天器以2.5公里/秒的速度撞入月球南极的卡比厄斯陨石坑,扬起的碎片云揭示了阴影笼罩的陨石坑底部存在水冰。这次月球坑观测和传感卫星(LCROSS)任务并非太空科学家首次撞击月球南极。1999年,美国国家航空航天局的另一项任务——月球探勘者号被脱轨撞入舒梅克陨石坑,2008年,印度航天局将其月球撞击探测器撞入沙克尔顿陨石坑。这两次撞击都证实了冰的大量存在,足以用于饮用水或制造火箭燃料,这使得月球南极成为未来可能着陆和建立月球基地的理想地点。
2. 深度撞击
2005年7月4日,美国国家航空航天局的深度撞击任务用一些地外烟火庆祝了美国的独立日,将一个370公斤的“智能撞击器”以超过10公里/秒的速度撞击了坦普尔1号彗星。该撞击器由一个摄像头和围绕一个100公斤铜块建造的轨迹调整火箭组成,并在撞击前几秒钟传回了图像。它以相当于约5吨炸药爆炸的威力撞击彗星,喷射出数百万公斤坦普尔1号彗星的内部物质,并在原地留下了一个宽150米的陨石坑。对羽流的分析表明,该彗星比预期的更易碎且更具孔隙,密度与坚硬的雪堤相似。
3. 深空2号
深空2号是美国国家航空航天局(NASA)命运多舛的火星极地着陆器(MPL)中包含的一对小型2.5公斤航天器,该着陆器试图于1999年末在红色星球上着陆。当火星极地着陆器开始向其自身着陆点下降时,它释放了深空2号,它们在没有降落伞的情况下自由坠落穿过稀薄的火星大气层,并在表面进行了硬着陆“撞击刹车”。它们被设计为在撞击时破裂,将探测器打入土壤中最多半米深。探测器后部的无线电发射器随后会将收集到的数据发送回家。整个概念优雅而先进——但这是一次巨大的失败。从未从小型的双子航天器上检测到信号,这可能是因为它们只是降落在岩石上,岩石太硬以至于它们的探测器无法穿透。火星极地着陆器母船也遭遇了同样可耻的命运,它的着陆火箭过早熄火,在另一次计划外的撞击刹车中将其摧毁。火星极地着陆器和深空2号的损失是重大的挫折,并促使美国国家航空航天局重新思考其整个火星探测计划。
4. 先驱者金星多探测器
美国国家航空航天局(NASA)的先驱者金星多探测器于1978年末抵达地球的姊妹行星金星,至今仍是有史以来最独特的行星际任务之一。该航天器携带了一个大型的1.5米宽的探测器和三个尺寸约为一半的小型探测器。所有四个探测器,连同航天器本身,都冲入金星大气层,携带各种仪器来嗅探和研究外星空气和天气。一个小探测器的目标是金星阳光充足的“白天”侧,另一个探测器被送往夜晚侧,而第三个探测器被送往金星的北纬地区,从而提供了对整个行星的多维度观察。预计所有探测器都无法在撞击地表后幸存下来,只有大型探测器配备了降落伞,但令人惊讶的是,小型“白天”探测器在着陆后近一个小时仍继续发回信号。一艘伴随航天器,即单独发射的先驱者金星轨道飞行器,在同一时间左右抵达金星,并继续绕行星运行,直到1992年8月,当时它被脱轨,在大气层进入过程中解体并燃烧。
5. 伽利略号探测器
大多数太空爱好者都记得美国国家航空航天局(NASA)的伽利略号轨道飞行器,它于1995年12月抵达木星,并花费了近八年的时间探索这颗气体巨行星及其伴随的冰卫星。在轨道飞行器的众多发现中,也许最重要的发现是冰卫星欧罗巴蕴藏着巨大的地下海洋。但整个任务中最令人印象深刻的壮举实际上落在了另一个经常被忽视的组成部分,伽利略号大气探测器身上,它成功地以约47公里/秒的速度进入木星大气层——这是有史以来最极端的 атмосферное 进入尝试。为了承受超过15,000摄氏度的强烈摩擦热,该探测器携带了一个由碳酚醛材料制成的150公斤烧蚀防热罩,在火热的进入过程中,该防热罩脱落了超过一半的质量。在进入木星大气层几分钟内,探测器的防热罩和降落伞已将其速度减慢至仅十分之一公里/秒。在其下降过程中,它检测到超过500公里/小时的稳定风速,以及比研究人员预期的更少的氦气和水蒸气,从而导致对木星云层和形成的理论模型进行了重大修正。伽利略号探测器在坠入木星的黑暗深处超过150公里后,继续传输了近一个小时,最终被不断增加的热量和压力压碎和融化。