第三艘探測器光臨水星,據說那里也有風水寶地,未來或可移民?

天空之城 2022/06/28 檢舉 我要評論

水星,是最靠近太陽的一顆行星,平均距離太陽為5790萬千米;也是太陽系最小的一顆行星,半徑為2440千米,質量只有地球約5%,約3.3*10^23千克;由于靠近太陽,環繞太陽速度很快,一年只有約88天(地球日,后同),但自轉很慢,一天相當地球58.65天,在那里只要一天多點就是一年。

人類迄今為止已經發射了120余艘行星與行星際探測器,到過水星的只有兩艘,即老美的水星10號和信使號。水星10號是1973年發射,信使號2004年發射,而且只有信使號是專門探測水星的。

就在前兩天,BepiColombo號探測器傳回了一張水星照片,這是人類專門探測水星的第二艘探測器第二次光臨水星拍回的照片,這艘探測器是繼信使號之后,時隔14年,于2018年發射的,現在正在進入水星軌道的征途上。

現在我們來了解一下BepiColombo探測器

BepiColombo(貝皮·科隆博)是意大利科學家朱塞佩·科倫坡的昵稱,他因首次提出利用行星引力彈弓效應而聞名,這艘水星探測器就是為了紀念他而用他的昵稱命名的。這次任務從上世紀90年代就啟動了,歷經21年的研制,斥資18億美元打造的水星探測器,于2018年10月28日在法屬圭亞那庫魯航天中心發射升空。

BepiColombo探測器實際上是兩個粘連在一起的探測器,其中一個隸屬于歐空局,為「水星行星軌道飛行器MPO」;一個隸屬于日本宇航局,為「水星磁層軌道飛行器MMO」。在飛往水星途中,它們結伴而行,共同應對征途的引力效應,到達水星軌道后,它們就會分手各自為政,在不同軌道高度開展對水星不同項目的考察。

BepiColombo實際上是三個模塊組成,到達水星后會自動拆分,其中MPO主要探測水星的表面和內部結構,MMO則主要負責探測水星磁場及其與太陽風的相互作用,而另一個模塊是負責轉運它們到達目的地的軌道器,叫MTM。

MPO探測器攜帶的主要設備儀器為:激光高度計、意大利彈簧加速度計、磁力計、熱能紅外分光計、伽馬射線和中子分光計、圖像X射線分光計、外層大氣探測紫外分光計、外層大氣中子發出和補充量研究設備、分光計繪圖儀、太陽強度X射線分光計等等。

MMO探測器攜帶的主要設備儀器有:磁力計、等離子粒子實驗設備、鈉大氣光譜繪圖儀、塵埃監視器等。

這組探測器將在2025年正式進入水星軌道開展任務,屆時MPO會在400*1500千米的橢圓軌道運行,MMO會在400*12000千米的橢圓軌道運行,而MTM將兩位「乘客」送到軌道后,就完成了自己的任務,或漂流或墜毀就看管控工程師們的意向了。

那麼,為什麼2018年發射的探測器,要到2025年才能進入水星環繞軌道呢?而且2021年10月1日就傳回了第一張照片,前兩天又發回了第二張照片,且是距離水星最近時只有200千米,為啥還沒有進入水星環繞軌道呢?

這就得了解一下探測器如何才能到達水星了

這些年來,大家的目光更多地集中在太陽系外圍行星,如火星、木星、土星、天王星、海王星等,探測這些天體的航天器背離太陽飛去,由于太陽引力拉拽就會越來越慢,因此要不斷加速,才能飛得更快更遠。

BepiColombo探測器離開地球時最后一瞥

而任何探測器都不可能攜帶很多燃料,無法依靠燃料來提速。因此科學家們巧妙地利用行星引力彈弓效應,從一定角度駛過大行星時,就會給探測器提速。上世紀的旅行者1號、2號,本世紀的新地平線號都是這樣達到飛出太陽系的速度的。

可能有人認為,前往水星的探測器不會被太陽引力拉慢,會更容易到達目的地。其實不然,飛往地球內側的行星探測器更難,因為會被太陽引力拉拽得越來越快,剎不住車就無法在行星引力范圍駐留,「嗖」的飛掠過去一去不復返了,或圍繞著太陽轉,或撞進太陽燒毀。

水星是一顆質量很小的行星,因此引力很小,在距水星表面400~500千米高度的環繞速度只需要不到3km/s;而發射時要離開地球引力飛往其他行星,速度至少要達到第二宇宙速度,也就是11.2km/s。一旦飛出地球引力圈,又會被太陽引力拉拽得越來越快,到達水星要達到環繞速度就必須不斷地「剎車」。

BepiColombo掠過金星時拍攝的照片

而探測器如若要自行剎車就需要大量燃料反推,要帶這麼多燃料是不可能的,怎麼辦呢?還是利用行星的引力彈弓效應,幫助剎車。可能有人以為引力彈弓效應只能提速,怎麼又可以剎車呢?

行星引力就是這麼奇妙,既可以提速,也可以剎車,只是要精準掌握與行星交匯時切入角而已。不同角度切入,既可以提速,也可以「剎車」。而意大利科學家朱塞佩·科倫坡首次推出利用引力彈弓效應,就是1974年應用在首次前往水星的水手10號探測器。

這次以他昵稱命名的水星探測器,進入水星軌道前要利用引力彈弓效應「剎車」9次,提供「剎車」的行星為:地球1次、金星2次、水星6次。實際上,這艘水星探測器去年的10月1日第一次到達水星時,已經是第三次剎車過程。就是離開地球時利用地球引力剎了第一次,路過金星時又利用金星剎了第二次,到達水星后又剎了第三次。

隨后,探測器又返回了金星,利用金星引力又剎了一次,這樣地球的1次和金星的2次剎車任務就完成了,現在到達水星已經是第五次剎車了。這之后就不再回到金星去了,而是圍繞著水星,兜著橢圓形大圈子,利用水星引力再剎四次車。

從整個飛行軌跡看,BepiColombo實際上是圍繞著太陽兜著逐步縮小的螺旋形大圈子,這個圈子要兜7.2年,飛行總里程達到90億千米,最遠時距離地球2.4億千米,最高飛行速度可達60km/s。

上面動圖就是BepiColombo水星探測器飛行軌跡示意圖:粉紅代表BepiColombo探測器飛行軌跡,藍色代表地球軌道,淺藍代表金星軌道,綠色代表水星軌道,黃點代表太陽。

因此,要到達水星難度有多大可見一斑。這麼一折騰,計劃順利的話,BepiColombo會在2025年12月5日才能正式入軌,2026年才能正式開展探索。

水星探索的意義

水星幾乎沒有大氣,在太陽近距離的炙烤下,向陽一面溫度最高達到429℃,背陽一面溫度最低為-190℃。這也是水星探測的一個難點,探測器必須經受數百攝氏度高溫的考驗。

水星的表面有點像月球,布滿了隕石坑,且冷熱兩重天,是一個早已干枯逝去的星球,似乎對人類沒有什麼價值。但經過地面望遠鏡和探測器的探測,科學家們發現這顆最小的行星并不簡單,有著許多未解之謎。

首先,水手10號偵測到水星磁場,而且這個磁場像地球磁場一樣,讓太陽風發生偏離。地球磁場是由于擁有液態核心與地幔地殼的轉速不一樣而形成的,水星一個曾被認為死亡的行星為啥會有磁場存在呢?

第二,信使號探測器數據表明,水星兩極地區隕石坑中,存在大量水冰,這些水冰重量在萬億噸之多,這些水冰從哪里來?

第三,水星密度高達5.427g/cm^3,在太陽系僅次于地球。研究認為,水星的核心占體積的42%,且占據了總質量的60%,因此核心是一個巨大的鐵核,鐵的含量高達2萬億億噸,足夠人類開采2400億年。

還有水星表面有一些物質和氣體從內部溢出,導致表面形成一些奇怪的洞穴,難道水星還有地質活動,沒死?水星表面本來和月球差不多,但在太陽照射下看起來是黑乎乎的,反照率只有0.088,只是月球反照率0.136的八分之一,這又是什麼原因?

總之,在太陽系八大行星中,尤其是在靠近地球的五大行星中,水星是人類了解最少的,這次發射的BepiColombo探測器,是比以往任何一次都要全面覆蓋的考察水星,由此弄清水星的構造,或許對人類未來意義很大。

為了讓人類免遭滅頂之災,人類移民到外星的呼聲越來越高,火星成為了第一候選地。鋼鐵俠馬斯克巨型星艦的開發成功,以及他一系列圍繞著火星進行的研究和開發,讓人類移民火星的夢想越來越逼近現實。

那麼,在可預見的時間里,人類真的只有移民火星一條路嗎?有些科學家認為并非如此,移民水星或許也是一種選擇。

因為水星也有一塊風水寶地,就是在極地附近,那里陽光充足,能源完全沒有問題;且水資源豐富,溫度常年恒定。只要找到這塊風水寶地,通過適當的人類活動,就會讓那里的環境越來越宜居。

真的如此嗎?當然這只是一種觀點,存在爭議。正因為如此,探索水星就有了更重要的意義。通過這艘探測器數年辛勤工作,相信會進一步揭開這顆距離太陽最近行星的許多秘密,從而為人類未來走向提供更多更有價值的參考依據。

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