[FREEBBS公告] 站長有問題請按此

 
標題: 人類有史以來首個在彗星上的成功登陸的太空探索計劃
occult
管理員
Rank: 9Rank: 9Rank: 9



UID 1
精華 0
積分 0
帖子 3292
閱讀權限 200
註冊 2007-1-14
用戶註冊天數 3931
用戶失蹤天數 261
狀態 離線
分享  
發表於 2015-2-26 05:59  資料 文集 短消息 
人類有史以來首個在彗星上的成功登陸的太空探索計劃
人類有史以來首個在彗星上的成功登陸的太空探索計劃            

背景
在1986年哈雷彗星再度飛近太陽,有幾艘國際太空船去探測哈雷彗星,其中最重要的是歐洲太空總署非常成功的喬圖(Giotto)號。在哈雷彗星596公里處掠過,傳回大量豐富有價值的科學資料。1992年受傷的喬圖號,仍然成功在距離200公里處探索了另外一顆葛里格-斯克杰利厄彗星(26P / Grigg-Skjellerup),得到更多有關彗核的資料。明顯地需要增加更多太空船去探測和了解複雜的彗星成份以及希望到彗星表面鑽取樣本研究。可惜礙於經費及技術,計劃擱置。後來歐洲太空總署以美國太空總署放棄的彗星交會小行星飛越(CRAF)太空船計劃做藍本,重新設計了羅塞塔(Rosetta)號太空船。

  「羅塞塔號」計劃標誌

羅塞塔號太空船由兩個主元件組成:羅塞塔探測器及菲萊(Philae)登陸器。探測器以羅塞塔石碑為命名,希望此任務能幫助解開行星形成前的太陽系的謎。登陸器以尼羅河中小島的名字菲萊命名,有一塊方尖碑在那裡發現且協助解讀羅塞塔石碑。

羅塞塔探索任務
羅塞塔號太空船原定在2003年1月12日發射,預算在2011年與韋坦倫(46P /  Wirtanen)彗星會合,後因亞利安火箭事故取消,改在2004年3月2日發射,前往探索楚留莫夫·格拉希門克(67P / Churymov-Gerasimenko)彗星。這是歐洲太空總署至今為止最雄心勃勃的探索計劃,進行研究科學家相信保存了從45億年前太陽系形成的冰和塵埃的楚留莫夫·格拉希門克彗星。

羅塞塔號太空船漫遊太空接近十年,期間為保存電力及燃料,大部份時間在休眠狀態。在十年的行程中,它近距離拜訪了一顆直徑約一百公里,位於主小行星帶的司琴星(Lutetia)。羅塞塔號在司琴星3,170公里外掠過時拍攝的高清照片,可以看見司琴星大範圍的隕石坑和其它地質特徵,量度它的質量和體積。結果顯示司琴星是在四十億年前,太陽系早期階段可能已經形成的原始小行星。
司琴星的高清照片

歐洲太空總署在2014年1月20日把正在休眠的羅塞塔號喚醒。喚醒過程由起動至熱身完畢用了六小時,它的推進器將發動令太空船停止緩慢轉動。然後羅塞塔號將指向的方向調整,以確保太陽能電池板陣列仍然直接朝向太陽,並且打開星象跟踪儀,確定太空船的方位。

控制中心接收羅塞塔號喚醒後傳回的訊號

2014年3月28日歐洲太空總署喚醒在羅塞塔號太空船上,蟄伏超過兩年半的「菲萊」(Philae)彗星登陸器,以確定它的狀態良好。



菲萊彗星登陸器在太空船的位置

在2014年5月,羅塞塔號進入一個非常慢的軌道,美國太空總署在羅塞塔號太空船上的三台探測儀器開始工作,將楚留莫夫·格拉希門克彗星的數據傳送回地球。羅塞塔號太空船共有十一台不同的科學儀器,包括美國太空總署提供微波儀、紫外光光譜儀以及離子和電子感應器。

2014年6月底歐洲太空總署公佈,羅塞塔太空船偵測到楚留莫夫-格拉希門克彗星以每秒三百毫升速度揮發水份。彗星當時距離太陽五億八千三百萬公里,而羅塞塔太空船距離彗星不足三十五萬公里,是首次有太空船如此近距離監察彗星過近日點前的變化。太空船已經完成第四次軌道調整。在8月6日距離彗星一百公里之前,尚有六次軌道調整需要進行。

羅塞塔號太空船在7月4日,距離楚留莫夫·格拉希門克彗星三萬七千公里外拍攝彗星,照片的影像雖然細小,但仍然可以顯示彗核三個突出的結構,此外亦看見彗星有一百五十公里大的彗髮環繞彗核。7月13日至21日,太空船距離彗星由一萬四千公里接近至五千公里,其間,利用紅外線量度彗星的表面溫度,得出彗星表面是攝氏零下七十度。低溫的原因是彗星表面主要是塵埃,可能部份區域有冰。量度溫度時彗星大約離開太陽五億五千五百萬公里。





太空船在8月3日拍攝楚留莫夫·格拉希門克彗星,照片顯示彗星表面更多細節。

8月6日塞塔號太空船追上楚留莫夫·格拉希門克彗星,距離彗星只有100公里。太空船速度減低至每秒775米,與彗星飛行速度和飛行方向配合。它從不同角度,仔細測量度彗星的地形,尋找適合菲萊登陸器的著陸地點。



太空船進入環繞彗星的軌道



8月21日,太空船從69公里的距離拍攝楚留莫夫·格拉希門克彗星細節,同時測定彗星的質量是100億公噸(±10%),較原先估計重三倍。科學家當時分析了彗星上十個地區,會選擇其中五個再進行詳細評估。評估要求包括:登陸地點需要是個比較平坦而有科學意義的地點,有足夠的陽光,有適當的條件,以確保可以持續使用。



初步選擇的地區



最後決定菲萊登陸器在彗星的J區降落

歐洲太空總署發佈羅塞塔號太空船近距離拍攝楚留莫夫·格拉希門克彗星的細節。科學家分析了彗星的表面的形態特徵,將彗星分成若干個不同的區域,每一個以它的獨特形態特徵來定義。

楚留莫夫·格拉希門克彗星顯示多種不同的地形,有峭壁,窪地,撞擊坑穴,巨石甚至是平行的條痕為主的地區。彗星有些地區似乎是平靜,但另外一些地區與彗星的活動有關連,這些地區的粉塵會噴射進入太空。

9月初歐洲太空總署發佈羅塞塔號太空船近距離拍攝楚留莫夫·格拉希門克彗星的細節。科學家分析了彗星的表面的形態特徵,將彗星分成若干個不同的區域,每一個以它的獨特形態特徵來定義。

楚留莫夫·格拉希門克彗星顯示多種不同的地形,有峭壁,窪地,撞擊坑穴,巨石甚至是平行的條痕為主的地區。彗星有些地區似乎是平靜,但另外一些地區與彗星的活動有關連,這些地區的粉塵會噴射進入太空。


彗星的表面的形態特徵



太空船9月14日在30公里,近距離拍攝楚留莫夫·格拉希門克彗星的細節。照片可以看彗星上的沙粒和小石頭。

9月26日,羅塞塔號太空船開始對彗星的黑暗一面進行一系列測量,將儀器指向彗星的表面的未照射的部分,初步數據顯示,彗星表面比預期的溫度高幾十度。照片更顯示彗星頸部相連部位噴出氣體。這些氣體是從頸部幾個分散位置噴射出來,由冰受熱昇華的氣體,從彗核內部逃逸出來的產物。



羅塞塔號無人太空船上的光譜儀離子和中性分析儀( Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis)中的雙聚焦質譜儀(Double Focusing Mass Spectrometer)偵測到楚留莫夫·格拉希門克彗星釋出的化學物質。經過分析後發現主要成份是氨、甲烷、硫化氫、氰化氫和甲醛。科學家表示,這些物質的氣味聞起來像是臭雞蛋、馬尿、酒精和苦杏仁的氣味綜合。不過這些物質的濃度很低,假如有人在彗星上,是聞不到臭味。這次的發現令科學家頗為驚訝,因為科學界普遍認為,彗星在飛行過程中,揮發出來的只有二氧化碳和一氧化碳。

10月中歐洲太空總署從135個國家,包括世界語在內的各種語言,提交超過八千個名字建議,經篩選後,將菲萊登陸器在楚留莫夫-格拉希門克彗星上的著陸點,以菲萊島上的神廟搬遷到的阿吉勒基亞島(Agilkia Island),命名為「阿吉勒基亞」。

菲萊登陸器攜帶十件科學儀器共重26.7千克,佔了近三分之一的登陸器的重量。儀器包括:

APXS(Alpha Particle X-ray Spectrometer) 阿爾法質子X射線光譜儀:
探測α粒子與X射線,它提供了對彗星的表面的元素組成訊息。 該儀器是火星探路者的APXS改進版 。

COSAC(COmetary SAmpling and Composition) 彗星採樣和成份分析器:
是一個組合的氣相色光譜儀和時域質譜儀進行土壤樣本的分析,並確定揮發性物質的含量。

PTOLEMY 一個測量彗核關鍵揮發物穩定同位素比率的儀器。

CIVA(Comet Nucleus Infrared and Visible Analyzer )彗核紅外和可見光分析儀:
是一組六個相同的微型相機,拍攝彗星表面的全景照片。 每個攝像機有1024×1024像素的CCD元件。 分光儀用來研究彗星的物質成份,質地和表面的反射率。

ROLIS(Rosetta Lander Imaging System) 羅塞塔著陸器影像系統:是CCD攝像機,將在下降過程中與其它儀器,在採樣區拍攝立體全景圖像,以便獲得高分辨率的圖像。它的CCD探測器由1024×1024個像素組成。

CONSERT(COmet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission) 通過無線電波傳輸探測彗核實驗:
將利用電磁波的傳播來確定這顆彗星的內部結構。羅塞塔上的雷達將通過對菲萊一個檢測器接收穿過彗核發射的訊號。

MUPUS(MUlti-PUrpose Sensors for Surface and Sub-Surface Science) 多功能傳感器的表層和淺層科學儀器:
將測量彗星表面的密度、導熱性能和機械性能。

ROMAP(osetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor) 羅塞塔蘭德磁力與等離子體監察器:
是一個磁力計和等離子體傳感器來研究彗核磁場以及與太陽風相互作用 。

SESAME(Surface Electric Sounding and Acoustic Monitoring Experiments) 表面電測和聲學監測實驗:
使用三種儀器測量彗星的外層的性質。 彗星聲學探測地面試驗 (CASSE)測量,量度聲波穿過彗星地面的方式。介電常數探頭 (PP)的量度彗星的導電特性,並且在塵埃影響監察器 (DIM)測量塵埃落下彗星表面數據。

SD2(Drill, Sample, and Distribution subsystem ) 鑽探,採樣和分發輔助系統:鑽取深入至230毫米彗星的土壤樣本,並將其分發到PTOLEMY ,COSAC 和 CIVA 輔助系統進行分析。 該系統包含四種類型輔助系統:鑽頭,轉盤,焗爐及體積檢查器。其中設有為數26個白金焗爐來加熱樣品,10個中等溫度至攝氏180度和16個高溫至攝氏800度。另外一個爐用來清除鑽頭污穢,循環再用。



菲萊登陸器攜帶儀器的位置


在11月12日羅塞塔號下降至彗星表面約1公里上面,將菲萊著陸器釋放,令它降落到預定的目標位置上。菲萊必須在非常精確的時間釋放,因為它的著陸點附近就有陡峭的懸崖和很深的隕石坑,任何偏差都會令菲萊登陸失敗。約7小時後,登陸器降落在楚留莫夫·格拉希門克彗星表面。



羅塞塔太空船拍攝菲萊著陸器分離母船一刻的照片


可惜菲萊登陸器登陸時,登陸器魚叉未能生效,令登陸器降落彈起再跌回彗星表面。菲萊碰到彗星表面再反彈上一公里上的太空,然後再跌回彗星表面又再彈起20米,最後在原本預定降落地點1.5公里以外的懸崖邊的坑洞位置卡住,停定下來。


菲萊登陸器卡在彗星隕石坑附近的懸崖邊緣,位置令菲萊登陸器有部份照射不到陽光,而菲萊倒側,其中一條腿指向太空。

菲萊的主要的電池只有約24小時的動力,它需要更多陽光生存保持生命。如果菲萊沒有得到足夠的陽光照射,保持它的儀器正常操作,這可能意味著登陸器需要進入休眠幾個月,直到彗星更接近太陽才可以甦醒過來。因此科學家唯有科學儀器,在它休眠之前,盡量收集科學數據。

菲萊登陸器在彗星表面停留最初兩日,所有十個機載儀器全部啟動,經過57小時的工作,內置電池已經耗盡,幸好在停止操作前已經將探測所得數據,全部送出。

初步探索成果

菲萊登陸器進行電和聲學實驗,穿過十至二十厘米厚的灰塵之後,觸碰一層像冰一樣堅硬的物質,並非原先估計柔軟和蓬鬆的物質。

羅塞塔號太空船的離子和中性分析光譜儀(Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis,簡稱 ROSINA),發現楚留莫夫·格拉希門克彗星上水氣的氘與氫(D/H)的比例比地球上的水高。這個發現與早前天文學家對比哈雷彗星、百武彗星和海爾博普(Hale-Bopp)彗星的氘與氫比例相符。

利用彗星二次離子質譜分析儀(The COmetary Secondary Ion Mass Analyser,簡稱 COSIMA),收集、拍攝及分析楚留莫夫·格拉希門克彗星釋出的塵埃照片。從分析得出塵埃含有豐富的鈉,有星際塵埃的特性,與彗星引發的獅子座流星雨和英仙座流星雨的流星體化學成份相似。

今年2月14日,羅塞塔號太空船在楚留莫夫·格拉希門克彗星6公里外的印何闐(Imhotep)區域上方進行近距離觀察,在一系列波長範圍內,提供了彗星表面的高分辨率測量機會。同時偵測彗星大氣(彗髮)的最內部開始接近太陽時的情況。

塞塔號太空船,收集、拍攝及分析楚留莫夫·格拉希門克彗星釋出的數據,顯示彗星表面覆蓋著沙丘、可探測凍冰和大量碳氫化合物。同時彗核被一層不斷變化的雲狀氣體(彗髮)包圍。科學家希望能夠找到更多更複雜的含碳分子,但目前發現的主要都是碳氫化合物。

隨著彗星越來越接近太陽,彗核散發出來的氣體發生的大幅度變化。雖然科學家認為彗星大部分是由凍冰構成,但羅塞塔號偵測得到是彗核產生的氣體有時包含更多的二​​氧化碳而不是水汽。


參與任務的科學家表示,菲萊登陸器現時休眠,但有很大的機會,當彗星接近太陽時,登陸器會從冬眠中醒來。羅塞塔太空船將繼續自己的不平凡的探索,在今後的一年繼續環繞楚留莫夫·格拉希門克彗星旋轉,沿途監察彗星接近太陽(過近日點)前後,彗星出現的變化。歐洲太空總署計劃延長羅塞塔太空船的探測期限,明年可以在彗星上進行第二次一系列的科學測量任務。
頂部