“貝皮·科倫布”上崗，首次傳回水星圖像

作者：蘭順正

首發(fā)自：《太空探索》

近日據報道，歐洲航天局（ESA）與日本航空研究開(kāi)發(fā)機構（JAXA）聯(lián)合研發(fā)的太空探測器“比皮科倫坡”（BepiColombo）在闊別地球近三年后，首次捕捉并傳回了水星的圖像。

太陽(yáng)系中的“懸崖”

水星是外部由巖石構成的類(lèi)地行星，直徑約4880千米，密度和地球幾乎相同，內核被認為是占水星半徑四分之三的巨大鐵核。水星與太陽(yáng)平均距離為4600~7000萬(wàn)千米，是太陽(yáng)系中離太陽(yáng)最近的一個(gè)行星，面對太陽(yáng)的一面溫度可以高達430℃，而背對太陽(yáng)的一面則低至-170℃；同時(shí)水星太小，大氣極其稀薄，而且水星現在內部地質(zhì)活動(dòng)幾乎停止，其磁場(chǎng)強度僅為地球的1.1%，無(wú)法抵御太陽(yáng)附近強大的太陽(yáng)風(fēng)和電磁輻射，這些都意味著(zhù)水星幾乎不可能存在生命。由于距離太陽(yáng)太近，水星的運轉速度也是所有行星里最快的，達到了驚人的47.89千米/秒，每87.968個(gè)地球日繞行太陽(yáng)一圈，每公轉2.01周的同時(shí)也自轉3圈。

有假說(shuō)認為，水星和地球誕生之初幾乎相同，但兩者踏上了不同的演化之路，因此水星可能蘊含很多地球誕生之初的信息，了解水星地質(zhì)信息，或許有助獲知行星誕生之謎。但是，水星卻是太陽(yáng)系內被探索次數最少的行星，因為探測水星實(shí)在是太難了。航天器一旦離開(kāi)地球向軌道內側的太陽(yáng)飛去時(shí)，便會(huì )受太陽(yáng)的強大引力不斷加速，越飛越快?？墒撬且π?，速度快，又緊貼著(zhù)太陽(yáng)，航天器靠近時(shí)很難被水星引力捕獲，一不小心不但無(wú)法進(jìn)入水星軌道，還會(huì )被拉進(jìn)太陽(yáng)里，就好像對著(zhù)懸崖沖刺還要一步停在崖邊。以人類(lèi)現有技術(shù)（推進(jìn)器反向減速）不可能直接剎車(chē)留在這個(gè)軌道，所以探測水星需要用引力彈弓效應減速的方法，采用地球、金星、水星共同配合反復調整軌道，同時(shí)再加上航天器發(fā)動(dòng)機拼盡全力工作，才有可能幫助航天器進(jìn)入環(huán)繞水星軌道。這些高難度的操作導致了抵達水星的能量耗費是到火星的8倍，且需要更長(cháng)的時(shí)間。

全球唯二的探測

在此之前，只有美國對水星進(jìn)行了兩次探測，分別是“水手10號”探測器和“信使號”探測器?！八?0號”于1973年11月3日發(fā)射，該探測器在1974年2月進(jìn)入一條以176天為周期繞太陽(yáng)飛行的橢圓軌道。這條軌道的近日點(diǎn)正好與水星繞太陽(yáng)飛行的橢圓軌道的遠地點(diǎn)相會(huì )，從而使“水手10號”每隔約6個(gè)月能與水星靠近兩次?！八?0號”曾于1974年3月29日、9月21日和1975年3月16日三次在日心橢圓軌道上和水星相遇，對水星進(jìn)行了探測。在有限的觀(guān)察時(shí)間內，“水手10號”利用攜帶的相機拍下了約2800張水星照片（約占水星表面的40%），這是人類(lèi)第一次看清楚水星的表面。它還利用輻射儀發(fā)現了水星表面向陽(yáng)面和背陰面存在巨大溫差，以及周身幾乎沒(méi)有磁場(chǎng)。但受當時(shí)的技術(shù)水平所限，該探測器沒(méi)能進(jìn)入水星軌道，無(wú)法對水星進(jìn)行長(cháng)期、全面探測。

 “信使號”于2004年8月3日發(fā)射，該探測器采用了先進(jìn)的防熱措施，裝有7臺用于完成6項科學(xué)目標的探測儀器。由于旅途漫長(cháng)，“信使號”歷經(jīng)7年時(shí)間才于2011年3月17日進(jìn)入環(huán)水星軌道，成為全球首個(gè)水星探測軌道器，開(kāi)始對水星進(jìn)行科學(xué)考察。在此期間，“信使號”做了大量有價(jià)值的工作，不僅繪制了水星非常詳細的全球地圖、高程圖，從地貌甚至可以反推出水星曾經(jīng)的地質(zhì)運動(dòng)，例如火山噴發(fā)痕跡等，同時(shí)還研究了水星的磁場(chǎng)變化和大氣演變。探測任務(wù)結束后，“信使號”于2015年4月30日以螺旋硬著(zhù)陸的方式受控與水星表面相撞而殞滅，在水星表面形成一個(gè)隕坑。

被寄予厚望的“比皮科倫坡”

此次報道中提到的“比皮科倫坡”是歐洲實(shí)施的第一個(gè)水星探測任務(wù)，探測器以已故意大利數學(xué)家兼工程師朱塞比皮·科倫布教授的名字命名（此人曾幫助美國國家航空航天局在“水手10”號上使用金星和水星引力助推器），由日本宇宙航空開(kāi)發(fā)機構和歐空局合作研制，歐空局成員國中的12個(gè)國家、30多個(gè)公司參與了項目。除此之外，美國和俄羅斯也研制并提供了儀器。由于抵達水星需要等待適當的時(shí)機向金星和水星借力，因此“比皮科倫布”任務(wù)對于時(shí)間窗口極其敏感，發(fā)射時(shí)間幾經(jīng)推遲，最終才在2018年10月20日發(fā)射升空。按照計劃，“比皮科倫坡”的旅程將歷時(shí)7.2年，需要在地球、金星和水星附近進(jìn)行了9次引力控制飛行。

按照此前公布的資料，“比皮科倫坡”探測器由兩個(gè)子軌道探測器、水星轉移模塊和太陽(yáng)防護罩組成。兩個(gè)子軌道器分別是歐洲航天局的水星行星軌道器（MPO）和日本航空研究開(kāi)發(fā)機構的水星磁層軌道器（MMO）。其中水星行星軌道探測器攜帶11臺科學(xué)探測儀器，主要科學(xué)任務(wù)是觀(guān)測水星表面地形、重力場(chǎng)，精密計測水星礦物質(zhì)的化學(xué)成分；對水星成分進(jìn)行測繪，研究水星表面和內部成分，以及水星磁場(chǎng)環(huán)境、行星與太陽(yáng)風(fēng)交互以及大氣外層的化學(xué)組成。水星磁層軌道器裝有5臺科學(xué)載荷，將對水星的表面、內部及磁場(chǎng)等進(jìn)行綜合觀(guān)測。這不僅有利于認識水星磁場(chǎng)、磁層的分布，還能通過(guò)分析比對，加深對地球乃至宇宙間各種磁層的了解。同時(shí)它還將觀(guān)測水星的大氣和地形，關(guān)注水星的地表組成和變化過(guò)程，以深入了解水星的特異結構，探索水星形成之謎。

而為了抵御酷熱，“貝皮科倫布”采用了新設計的多層隔熱技術(shù)，最外層由陶瓷纖維制成。水星轉移模塊的太陽(yáng)能電池板由60%的鏡片和40%的特殊電池組成，鏡片用于反射熱量，使它能在更高溫度下工作。水星行星軌道探測器上的散熱器能快速散出太陽(yáng)傳導過(guò)來(lái)的熱量，還能散出在飛掠行星時(shí)從行星反射過(guò)來(lái)的熱量。八棱柱狀的水星磁層軌道器將用每分鐘15轉的速度自轉，以保證不會(huì )被太陽(yáng)的熱量損壞。

此次據英國天空新聞電視臺報道，關(guān)于“比皮科倫坡”首次在水星附近做引力控制變軌飛行，這一項目負責人埃爾莎·蒙塔尼翁表示，飛行“無(wú)懈可擊”，“難以置信終于看到我們的目標行星了”。預計該探測器將于2025年底到達水星，協(xié)作開(kāi)展為期1年的水星探測任務(wù)。

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