名副其实的太空大片，今年七月-人造探测器将撞击彗星
2005年1月12日发射的美国“深度撞击”(DeepImpact)彗星探测器，将在今年7月首次撞击名叫“坦普尔１号”的彗星，以研究彗星内部秘密的计划。举世注目的“深度撞击”号价值3.3亿美元，太空行程大约4.31亿千米。此举是人类第一个实际接触并探索彗星的空间活动。2005年4月29日，美国公布了“深度撞击”号所拍摄的“坦普尔１号”图片，拍摄时间是4月25日，正在太空与目标彗星“赛跑”的“深度撞击”号距离彗星6387.73万千米。在宇宙的黑色背景中，该彗星看上去像是一个浓烟滚滚的火球，不过它是由冻结的水、岩石和气体物质凝聚成的，并没有火。自20世纪80年代以来，人类已用多个探测器对5颗各具特色的彗星进行了探测，但共同缺点是没有直接登陆彗核进行研究，也没有收集彗星物质返回地球。虽然现在已发射了利用这样两种方式探测彗星的航天器，可是按接触彗核的时间来说“深度撞击”是最早的。它将首次让人类揭开彗星的外表，探索内部的奥秘。彗核的内部结构保存了彗星形成和演变过程的重要信息，对于研究彗星乃至整个太阳系的起源和演变都是非常重要的。
主动出击 实属不易
坦普尔１号彗星于1867年4月3日发现的，每5年半绕太阳运转一周，近日距离为1.5AU(地球与太阳之间的平均距离)，轨道偏心率为0.5。轨道位于火星和木星轨道之间。自旋周期为1.71天。它已经穿过太阳系100多次，2005年又是它的回归年，使它成为研究彗星外层覆盖物发展变化的最佳对象，因而美国发射“深度撞击”对其进入撞击探测。
与以往的太空计划不同，“深度撞击”号不是被动的等待和观察，而是人类历史上第一次利用太阳系中的其他天体来做的一个大的空间“实验”。到现在为止，人类对围绕太阳转动的彗星还了解很少。科学家们认为，通过飞行器对彗星撞击使其露出彗核，能够解答天文学上和自然界中的许多问题，包括彗星和太阳系的形成，甚至生命的起源等。
选择这颗彗星作为探测目标，一是因该彗星距离地球比较近,飞船到达彗核的时间只需半年；二是该彗星的状态适合于本次研究目的，它不是新进入太阳系的活动型彗星，不会连续地向外喷发气体，比较容易看清彗核的外部特征,有利于研究彗核的内部结构；三是人类对其轨道特征、自转特征等运动状态了解比较清楚。
按照计划，“深度撞击”号将于今年7月4日与“坦普尔1号”彗星会合，届时实施撞击探测活动。当“深入撞击”发射像“垃圾桶”一样的“铜头飞弹”时，科学家们仅有13分20秒的时间可以进行观察。“深入撞击”所携带的两架望远镜将监测这次撞击，同时也利用“哈勃”望远镜、“斯必泽”空间红外望远镜和“钱德拉”X射线空间望远镜等，跟踪观测“深度撞击”号撞击彗星的壮景，观察结果将在互联网上公布。
该探测器犹如一辆中型面包车大小，重650千克，由轨道器（也叫飞越舱）和撞击舱组成。它们各自携带有仪器，用于完成不同的科学任务，并能独立地接收和发送信息。轨道器使用34米长的X波段无线电与地球和撞击舱保持通信。当撞击舱撞上彗星的小段时间内，由于探测器记录的数据急速增加，其信号将向地球各个重叠天线传输。探测器上的初始数据将立刻被传输至地面，随后的数据将在一个星期内传输完毕。在撞击发生后，轨道器对“弹坑”和彗星内部物质的碎片同时使用光学成像和红外线频谱扫描。
它将分3步完成任务：首先是靠近腾佩尔１号彗星；接着是发射撞击器撞向彗星表面形成“弹坑”，造成彗星内部物质溢出；最后是轨道器靠近“弹坑”，收集彗星内部物质。
名叫“撞击者”的撞击舱主要由铜（49％）和铝（24％）制成，上面布满铜钉，只有茶几大小，材质采用铜的目的是不会在撞击后混淆彗星的组成，因为彗星的成分中不含铜元素，这样科学家能够更容易地区别检测出彗星成分。如果一切顺利，这一重约370千克的小型撞击舱，可于2005年7月4日在轨道器接近腾佩尔１号彗星前24小时释放它。此后，轨道器将会降低速度，改变航线，在距腾佩尔１号彗星500千米以内观测撞击过程。在记录撞击过程和收集彗星内部物质样本的同时，它还会对彗核结构和组成进行分析。其主要任务是，考察撞击后10多秒内彗核的变化，对撞击过程、撞击坑的形成及坑内部成像，获取彗核及撞击坑内部的能量谱，并存储、发送图像和能谱数据，它还接收撞击器发回的数据。在此过程中，其高增益天线向地球发回近实时图像。
按计划，“撞击者”在脱离轨道器后，将实施独自操作，通过自身导航和动力装置撞向彗星，其上的相机此时开始运行，在撞向彗星彗核的前2秒钟，拍下绝无仅有的最近距离彗核的照片。由于“撞击者”自身重量并不大，因此在撞向彗星后不会改变彗星的运行轨道。
随后，彗星将从轨道器头顶飞过。此时轨道器调转角度从后面继续对彗核进行跟踪分析。其保护盾将保护其免遭彗尾破坏。当彗星远离后，轨道器则大功告成，将记录的数据传输回地球。按照计划，假如轨道器还能工作，它还将继续飞向另一颗彗星，执行下一项探测任务。
“深入撞击”面临的最大挑战是在距离腾佩尔１号彗星8.64×105千米远，以3.7万千米/小时的高速撞击到直径不到6千米的彗核，而且该区域必须被太阳照射，以便科学仪器能对撞击过程及结果进行拍照。轨道器对彗核的观测时间在10分钟以上，能对撞击彗核、陨击坑的发展和陨击坑里面成像，并获得彗核及陨击坑内部的光谱信息。
为此，“撞击者”携带了1台名叫“撞击者目标遥感器”（ITS）的高精度星跟踪器。它是一个带有孔径为12厘米望远镜的目标瞄准照相机，用于在“撞击者”飞向彗星过程中的导航。在接近彗核过程中，其视轴与撞击器的速度矢量在一条直线上，以指向撞击点。撞击器上安装的自动导航软件，曾在深空1号探测器上试验过。
此外，在碰撞前，“撞击者”将在最近的距离(根据彗星表面尘埃的厚度来定，可能是在离彗星20～300千米之间)拍下有史以来最清楚的彗核照片。它能提供分辨率为0.5米/像素的照片甚至更高，并有可能是欧洲“罗塞塔”着陆器着陆彗星前所提供的分辨率最高的彗星照片。当撞击器距离彗核20千米时，照相机的分辨率大约20厘米。
“撞击者”还携带能提供25米/秒推进速度的肼推进系统，以进行必要的轨道修正和姿态控制。导航系统使用肼推进器将飞行路径变化控制在1毫米/秒的精度内。
它冲向彗核时产生的动能相当于4.5吨 TNT炸药爆炸的能量。由于“撞击者”和彗星之间的相对运动速度很大，两者相撞时会产生巨大的爆炸力，故而铜制探测器将被熔解蒸发，产生焰火般的绚丽景象。预计会在彗核上撞出一个大约十几层楼深（深达30～45米）、横截面相当于一个足球场大小的大洞，直达彗核。弹起的灰尘将反射出大量太阳光线，使得彗星看起来更亮。撞击发生一天后，轨道器将拍摄出灰尘与弹坑的可视和红外图像。
其实，“撞击者”接近彗星内部也不是一件容易的事，因为它周围密集的星尘会以10万千米/小时的速度撞击探测器，相当于子弹打在上面，所以极容易损坏所载仪器。为此，“撞击者”外面附着了1件特殊的合成材料织成的“防弹衣”。
“深入撞击”的有关专家认为，虽然错过目标的几率小于1%，但即使撞击成功，也可能有几种结果：①按预定推算，在彗核上形成一个足球场大小的撞击弹坑，抛射物质的主体(约75%)降落到彗星表面。弹坑形成主要受彗核引力支配。这种情况说明，彗核是由疏松的、原始的、未受影响的物质组成，彗星是由吸积形成的。②如果彗核是由固态的冰物质构成，撞击后会形成一个普通的房间大小的弹坑。抛射物质以高的角度飞出，较少的物质(约50%)降落到彗星表面，形成较小的抛射物层。弹坑形成的主要反抗力是物质的强度。这种情况表明彗核不是原始的、未受影响的吸积物质，彗星在撞击下能很好地保持在一起。③弹坑直径比预期的更小，坑将很深，但产生一个很小的抛射物锥角，说明彗星物质太疏松。④若彗核由一些与泡沙岩类似的坚硬多空的岩石组成，则碰撞只能把彗核物质进一步挤压紧密。⑤假如彗核是由高密度的粉末状物质组成，撞击舱有可能会“穿星而过”；⑥彗星在撞击后被冲碎瓦解。
最近的旁观者
“深度撞击”号的轨道器不仅“扮演”母船的“角色”，把撞击舱送至撞击舱“坦普尔1号”彗星附近，而且还是目睹和记录这场空前大撞击的最近的旁观者。它会在500千米外的安全距离处拍摄整个撞击过程。
撞击舱与彗星撞击后，巨大的能量会使坑中的一部分物质喷射出来，一些吸热性化学反应发生。当喷射物从撞击坑中喷射出来时，最早喷出的是彗星最表层的物质，它会喷射在离撞击坑最远的地方，而越晚喷射出的物质，原本埋藏在彗核的越深处，这些物质会喷射在离撞击坑越近的地方。“深入撞击”探测器的轨道器将观察撞击坑的形状、测量撞击坑的深度和直径、确定撞击坑及其喷出物的内部结构、监测由撞击喷发出的气态物质的变化，对这些喷射物成像。通过对最早的喷射物与后来的喷射物的比较，可能会确定出原始物质埋藏在彗核内部有多深。
在“深度撞击”轨道器上装有1个固定的太阳帆板及小的镍氢电池、1幅高增益天线、碎片防护装置、“高分辨率成像仪”（HRI）和“中分辨率成像仪”（MRI），它们用于成像、红外光谱及光学导航。轨道器设计的关键是对碎片的防护。当其飞过彗发时，将有被小的粒子撞击的危险，这可能会导致探测器的控制、成像和通信系统遭到破坏。为了尽可能的减少损害，轨道器飞过彗发时要旋转，以便使碎片防护装置对探测器及其仪器实施全面的保护。
第一次在行星探测领域使用的“高分辨率成像仪”，由1台30厘米孔径的望远镜、1台红外分光计及1台多光谱CCD相机组成，视场角为0.118o。红外分光计成像比例为10米/像素，在撞击过程中及撞击坑形成后，它将探测释放出来的能量气体及喷射物的红外能量。当轨道器在距离彗星700千米远时，CCD相机能以优于2米的分辨率对彗星成像，所以适合观察彗核，能拍到彗星更清晰、更详细的照片。这些数据被收集后，通过分析，并与宇宙中已发现的已知物质的能谱相比较，就可以实现对未知物质的认识。
“中分辨率成像仪”与“高分辨率成像仪”的不同之处在于所装载的望远镜的视场角和分辨率的同。“中分辨率成像仪”是1台卡塞格伦望远镜，孔径为12厘米，焦距为2.1米。由于其视场角宽，为0.587o。当轨道器在彗核700千米上空时，它对彗核表面成像的分辨率大约为10米，所以可观测到彗星周围更多的星体，看清整个彗核，产生彗星的大幅照片，并通过彗星周围的气体和尘埃粒子导航，从而更适合在撞击前最后10天的导航，即在接近彗核时主要用于导航。“中分辨率成像仪”还将作为“高分辨率成像仪”的备份观测设备。
预计2005年8月开始，由“深度撞击”轨道器拍摄的照片及收集的数据陆续地传回地球，整个数据传输将持续1个月；2006年4月，科学家们分析完这些照片和数据后，该项目最终结束。
意义深远
虽然这次撞击会改变这颗彗星的轨道，而且是在坦普尔１号彗星运转到距离地球最近(约15000万千米)时进行，但决不会使它威胁地球的安全，这就象让蚊子冲进1架波音747飞机。撞击器撞击彗核的相对速度是10.2千米/秒，这将使彗星的速度变化0.0001毫米/秒，使彗星的近日点减少10米，轨道周期减少数远小于1秒。与此对比，当此彗星在2024年通过木星附近时，其近日点将变化3400万千米。换句话说，腾佩尔１号彗星因“深入撞击”引起的变化与彗星通过木星时产生的变化相比完全可以忽略。
相反，该计划的一个重要任务就是研究如何使彗星和流星改变方向，为地球可能遭遇小天体撞击的危险尽可能积累一些研究数据，以便将来能“转守为攻”。如果地球面临天体撞击威胁，这一实验获得的资料将非常宝贵。即这次撞击不仅能首次获取大量彗核碎片，为人类探究太阳系起源提供新的线索，而且还能为地球避免与小天体相撞提供有用的数据。
事实说明，彗星探测器的太空之路是不平坦的。2002年7月3日，美国曾发射了“彗核之旅”探测器，但它在同年8月15日与地面失去联系。“深入撞击”也遇到一些麻烦。美国宇航宇2005年3月26日表示，美国“深度撞击”探测器即将进行的彗星探测活动进展正常，但探测器上一个望远镜的焦距没有调准，航宇局正积极查明原因。后来据有关官员称，在“深入撞击”置于发射井架上及穿越大气层过程中，其望远镜表面吸收了一些水分。当工作人员对望远镜实施“烘干”程序时，发现该望远镜的焦距没有调好。宇航局称，科学家们正设法对此进行修正。“深度撞击”项目负责人里克-格莱美尔(Rick Grammier)说：“尽管发现了焦距不正常问题，但它对彗星撞击计划的正常进行没有任何影响。”
另外，2005年5月6日，俄罗斯占星家马林娜·巴伊向法院提起诉讼，控告美国航宇局“深度撞击”计划的实施会给自己带来精神损害，同时也将“破坏整个宇宙的自然平衡”。
我们祝愿“深度撞击”号能排除万难，成功撞击“坦普尔１号”的彗核，并获取宝贵的探测成果，为人类宇宙探索事业带来巨大的惊喜。
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