罗塞塔号今日与彗星相会：揭开太阳系奥秘！！

http://news.mydrivers.com/1/315/315421.htm


经过10年，超过40亿公里的慢慢太空之旅过后，欧洲空间局 (ESA) 的罗塞塔探测器即将在北京时间今天下午抵达它的目标 —— “67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星” (67P/Churyumov-Gerasimenko-简称C-G彗星)。


揭开太阳系的奥秘

罗塞塔彗星探测计划是欧洲空间局“视野2000”-奠基石 (ESA Horizon 2000 cornerstone) 计划旗下的探测任务，也是人类历史上首次围绕一颗彗星运行并在其表面着陆的探测器。整个项目耗资约13亿欧元，约合107亿人民币。


在过去数月内，罗塞塔飞船上的姿态发动机进行了一系列点火，目的是使飞船减速，使其相对彗星的运行速度与一个行人的走路速度差不多，即约每小时两英里 (3.2公里)。此时它与彗星之间的距离已经不到60英里 (约合96公里)。


在不断接近彗星的过程中，罗塞塔飞船上的相机也在不断拍摄这颗小天体。其发回的图像显示这颗彗星的彗核直径大约2.5英里 (约合4公里)，形状非常不规则，看上去有点像一只“橡皮鸭子” (rubber duck)。从外形判断，其可能是由两个冰冻块体相互结合形成，或是在此前接近太阳的过程中不均匀“风化”导致的侵蚀不均形成的。


在6月份，罗塞塔飞船对C-G彗星的水汽喷射率进行了观测，结果发现其速率大约是每秒散失两杯水的量，这样它大约需要100天的时间可以填满一个标准游泳池。随着彗星不断朝着太阳加速运行，其表面将会被加热，水汽和其他挥发性物质的散失速度也将大大提升，从而形成壮观的彗尾。


7月份，罗塞塔飞船对彗星进行了表面温度测量，结果显示其地表温度约为94F，约合-70摄氏度。这一数字足够高，证明其表面并非完全由水冰组成，有部分地表成分主要是尘埃或岩石，颜色较深，容易吸收热量。


在接下来的几个月时间里，罗塞塔飞船将跟随C-G彗星一起向着太阳的方向飞行。欧洲空间局罗塞塔项目科学家马修·泰勒 (Matthew Taylor) 表示：“关键在于我们将会围绕彗星长期运行，时间将超过1年。”


此时此刻，彗星与罗塞塔飞船距离太阳约3.34亿英里 (约合5.4亿公里)，运行速度约每小时3.44万英里 (约5.54万公里)。按照计划，罗塞塔飞船将会一直持续运行至2015年底，飞船与着陆器配合，伴随彗星冲向太阳的过程并进行持续的联合观测。

                               
登录/注册后可看大图

                               
登录/注册后可看大图

                               
登录/注册后可看大图

                               
登录/注册后可看大图

飞船与着陆器

罗塞塔飞船的名字取自著名的埃及“罗塞塔”石碑，这块石碑上用几种不同的古代文字镌刻着一些法条。语言学家们借助对这块石碑的研究，破解了古代埃及文字之谜。科学家们希望这艘以“罗塞塔”的名字命名的飞船也将帮助我们揭开45亿年太阳系历史的谜团。


这艘欧洲飞船于2004年3月由一枚阿利安-5型火箭发射升空，随后沿着一条复杂的绕行借力轨道，借助地球和火星的加速飞向目标。


今年1月，罗塞塔飞船被成功地从休眠模式中唤醒并开始进行抵达目标前的准备工作，最终在经过10年飞行之后于2014年8月6日与它的目标 —— “67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星”交会。


罗塞塔飞船主体是一个 2.8 x 2.1 x 2.0米的结构体，其顶端安装科学载荷，而底部则安装其他辅助分系统。飞船上海安装有一台直径2.2米的高增益通讯天线，而在相反的另一面则搭载着着陆器“菲莱”。


在飞船的两侧安装有巨大的太阳能电池板，每一个“翅膀”都有32平米的受光面积，各自由5块较小的太阳能板组件构成，并可以进行正负180度的翻转。


当飞船接近彗星时，它会进行姿态控制，将其搭载的科学设备对准彗星，将其太阳能板对准太阳，而将它的通讯天线对准地球。


为了实现如此精确的姿态控制，除了一台主发动机之外，罗塞塔飞船上还安装有多达24台小型姿控发动机，每台可以提供约10牛顿的推力，大致相当于你手里拿起一个苹果的力量。罗塞塔飞船将近一半的质量都是它携带的推进剂。


而为了达成科学考察目的，罗塞塔飞船上一共搭载了11台科学设备，包括：


ALICE —— 紫外成像光谱仪，用于彗发与彗尾的气体成分分析，彗核水汽与二氧化碳/一氧化碳产生率观测，并协助判定彗核成分；
CONSERT —— 彗核探测与无线电通讯实验，借助无线电在彗核表面的反射/散射信号特性，研判彗核内部结构；
COSIMA —— 彗星二次离子质谱仪，分析彗核释放出的尘埃颗粒性质，包括判别其物质成分，以及是否含有有机物；
GIADA —— 颗粒碰撞分析仪/尘埃采集器，用于测量尘埃颗粒的数量，质量，动量与速度，分布状况等信息；
MIDAS —— 微成像尘埃分析系统，分析彗星周围的尘埃环境，包括尘埃数量，大小，分布，形态等等；
MIRO —— 罗塞塔轨道器微波设备，用于判定主要气体丰度，彗核表面排气率，以及彗核浅地表温度；
OSIRIS —— 光学，光谱与红外遥感系统，拥有广角/窄角相机，可以获取高分辨率彗核图像；
ROSINA —— 罗塞塔轨道器离子与中性粒子光谱仪，包含两台探测设备，可以对彗星的大气/离子层进行考察；
RPC —— 罗塞塔飞船等离子体科学包，包括5台设备，对彗发进行分析，并监测彗星与太阳风粒子间的相互作用；
RSI —— 无线电科学实验，利用无线电信号频率偏移测量彗核的质量与引力场参数，反演彗核内部结构与密度状况，并进行轨道测定和彗发研究；
VIRTIS —— 可见光与红外热成像光谱仪，研判彗核固体物质成分，并测量地表温度，并帮助选取着陆器的着陆位置。

如前所述，罗塞塔飞船上还携带有一颗重约100公斤的小型着陆器，名为“菲莱” (Philae)。这是以埃及尼罗河中发现罗塞塔石碑的一座小岛的名字命名的。在今年的11月份，这艘着陆器将会与母船分离，并使用特殊的“鱼叉”三足固定系统着陆彗星表面。这将是人类历史上首次着陆一颗彗星的表面。

                               
登录/注册后可看大图

                               
登录/注册后可看大图

                               
登录/注册后可看大图

菲莱着陆器上同样安装有通讯天线，但它必须通过罗塞塔母船的中继才能将数据传回地球。菲莱上一共安装了9台科学设备，设备总重约21公斤。另外它还携带了钻探设备，用于在彗核表面进行钻探取样，这9台科学载荷包括：


APXS —— 阿尔法粒子-X射线光谱仪，它将会被置于距离地面仅4厘米左右的位置上，探测物质的阿尔法粒子/X射线辐射特征，从而分析其地表元素成分；
CIVA —— 全景相机，其一共包括6台完全相同的小型相机，用于拍摄彗核地表的全景图像，另外还包括光谱仪，用于分析从彗核地表获取样品的成分，结构以及反照率分析；
CONSERT —— 彗核探测与无线电通讯实验，借助无线电在彗核表面的反射/散射信号特性，研判彗核内部结构；
COSAC —— 彗星取样与成分分析仪，通过元素与分子信息分析彗星上复杂有机分子；
PTOLEMY —— 演化气体分析仪，用于对较轻元素的同位素分析；
MUPUS —— 地表与次地表多功能科学包，测量彗核表面的密度，热量与机械性质；
ROLIS —— 罗塞塔着陆器成像系统，这是一台CCD相机，用于在着陆彗核的过程中拍摄高分辨率图像，并拍摄其他设备取样区域的高清图像；
ROMAP —— 罗塞塔着陆器磁强计/等离子体监测仪，用于研究彗星磁场以及彗星/太阳风相互作用机制；
SD2 —— 取样与分发设备，可以钻探进入彗核地下最深20厘米，并自动向不同分析设备进行样品分发；
SESAME —— 表面电性与声学监测装置，测量彗核以及彗核周围空间的声学与电学性质；


漫长旅途

罗塞塔的漫长旅途始于2004年3月份，它由一枚阿利安-5型火箭从位于南美洲的法属圭亚那库鲁航天中心发射升空。这艘重达3吨的飞船被送入一个停泊轨道，随后被进一步推入飞往外太阳系的漫长轨道之旅。


然而遗憾的是，火箭的推力并无法直接将飞船送往67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星，因此科学家设计了一条复杂而精巧的迂回借力的飞行路线 —— 罗塞塔飞船在离开地球之后开始围绕太阳“绕圈”，先后3次返回地球附近，一次飞过火星附近，借助这两颗星球的引力场进行加速，并在经过10年的漫长旅程之后，于2014年8月飞抵目标。在它抵达目标之前，它还幸运地与两颗小行星相遇，并对它们进行了考察，它们分别是第2867号小行星斯特恩斯 (Steins)，以及21号小行星鲁特西亚 (Lutetia)。


以下列出罗塞塔飞船的重要时间节点：

2004年3月2日，飞船发射；
2005年3月4日，首次地球引力场借力；
2007年2月25日，火星引力场借力；
2007年11月13日，第二次地球引力场借力；

2008年9月5日，飞掠2867号小行星斯特恩斯 (Steins)
2009年11月13日，第三次地球引力场借力；
2010年7月10日，飞掠21号小行星鲁特西亚 (Lutetia)
2011年6月8日，根据地面指令进入休眠模式；
2014年1月20日，根据地面指令从休眠中苏醒；
2014年5月，开始进行姿态控制；
2014年8月6日，抵达目标67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星；
2014年8月，开始对彗星进行全球成像，绘制地图，选定着陆区；
2014年11月，“菲莱”着陆器离开母船，登陆彗星；
2015年8月，彗星抵达近日点；
2015年12月，罗塞塔任务结束。


目标：67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星

根据惠普尔模型，彗星是一堆“脏雪球” —— 的确，彗核主要是由冰，岩石和尘埃物质组成的，它们是太阳系早期冰冻原始物质的残余物。


此次罗塞塔探测器的考察目标是67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星 (67P/Churyumov–Gerasimenko)。这颗彗星周期约6.45年，彗核直径约3.5x4公里，自转周期约12.7小时。将在2015年8月13日抵达近日点位置。与其他彗星一样，这颗彗星是以其发现者楚留莫夫(Klim Ivanovych Churyumov) 和格拉希门克 (Svetlana Ivanova Gerasimenko) 的名字命名的，他们两人最早在1969年报告发现了这颗彗星。


罗塞塔将会首次对一颗彗星进行持续的长期抵近观察。与此前彗星探测器的飞掠式观察不同，罗塞塔将首次跟随一颗彗星，观察它从休眠到活动的整个过程，并开展对比研究。

                               
登录/注册后可看大图

                               
登录/注册后可看大图

                               
登录/注册后可看大图

引力场借力，是不是指的太空弹射？为增加飞行速度！
谁能在物理学范畴解释一下，接近时得到速度（这好理解），为什么离开时不会失去速度？

飞行器的速度变快了，地球的速度变慢了，总量守恒。

我只想说，，，欧洲人真有耐心，一个项目做10年

法拉利ss 发表于 2014-8-6 17:53
飞行器的速度变快了，地球的速度变慢了，总量守恒。

那请教一下一个问题啊。。。。。。纪录片里说木卫一艾奥会因为木星的引力而使艾奥内核被加热，也就是某种能量转化为了艾奥的内能，那请问这能量是什么呢？

china123sky 发表于 2014-8-6 19:45
那请教一下一个问题啊。。。。。。纪录片里说木卫一艾奥会因为木星的引力而使艾奥内核被加热，也就是某种 ...

这个很好解释，这个是引力潮汐使星球形变，就像你手捏橡皮球，橡皮球会发热一样，捏球的力就是引力，你去看一看本站有很多解释＂潮汐锁定＂的帖子，是星球的自转动能转换，损失的是动能。

xphh 发表于 2014-8-6 19:43
我只想说，，，欧洲人真有耐心，一个项目做10年

刚才查了一些资料，明白了飞行器引力加速。
是参照系的不同，参照系不是以大行星为准的，是以太阳为准的。。。。飞行器以切角进入大行星卫星轨道，再以切角飞向下一个目标，对大行星来说飞行器速度没变，但以太阳为参照系时，飞行器在原有的速度上叠加了一个大行星的公转速度。。。理解成现实版的一个例子，就是你在机场登机来不及了，你拼命跑，可速度不够，突然发现旁边有一条水平传送带，你跳了上去并在上面跑，速度就够了，再跳下来。。其实就是大行星用它的引力和公转速度＂带＂了飞行器一下，飞行器偷走了一点能量，当然这速度叠加是矢量叠加，结果取决于距离，方向，角度，这肯定也可以为飞行器减速！

伟大的欧罗巴！人类的未来和希望。

混沌星光 发表于 2014-8-6 20:38
这个很好解释，这个是引力潮汐使星球形变，就像你手捏橡皮球，橡皮球会发热一样，捏球的力就是引力，你去 ...

损失的是艾奥的自转动能还是木星的啊？

不同彗星物质构成相差较大的。

轨道设计真复杂