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国内天文专家详解:“惊天一撞”为哪般?http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2005-07-04
这些天，国家天文台研究员李竞成了大忙人。这位77岁的老先生，每天都要收集有关“深度撞击”号的中英文资料，和许多天文爱好者交流。对于媒体采访，他更是非常热心，理由很简单：“这是一次绝好的科普机会。” 彗星上冰冻着太阳系的童年 “要问为什么要用探测器去撞彗星，首先得说说彗星是怎么回事。”李竞的话题由此展开。 “人们很早就对这种带着大尾巴的星体产生了兴趣。由于认识水平有限，古人把彗星当作灾星，说它不是祥瑞之兆。中国过去一有彗星出现，皇帝就要下罪己诏。直到现在，还有人用‘扫帚星’来诅咒别人。” “在人类真正了解彗星的过程中，起重大作用的是英国天文学家哈雷。他根据古人的观测资料，发现有颗彗星大约76年出现一次，这就是著名的哈雷彗星。对彗星的研究，促进了天体力学的发展，使人类几百年来积累的科学成果成为一门学科。天体力学在航天事业中发挥着非常重要的作用，我们的‘神舟’飞船上天，将来实施‘嫦娥奔月’计划，轨道设计都要用到天体力学。” “但是，彗星本身是由什么物质组成，为什么接近太阳时会出现一个大尾巴？这些都是近百年来天文学家研究的问题。”李竞介绍，上世纪50年代初，美国天文学家惠普(去年去世)提出著名的“脏雪球”模型，认为彗星起源于太阳系形成之初剩下的那些残片，这些残片保留了太阳系形成之初的物质状态，它们没有构成一个大天体。彗星在太阳系外围受某种扰动跑进太阳系，在离太阳近的时候，受太阳风和太阳辐射的影响，它的一些组成物质就挥发出来，并且反射太阳光，这就是我们看到的彗尾。 “我们要追溯太阳系的早期历史，就得研究那些早期的物质，彗星恰恰是保留早期物质的最佳天体。”李竞说，“很多科学家还认为，地球早期生命起源于太空，很可能是彗星撞击地球时把一些形成地球生命的原始物质带到了地球上。所以，研究彗星也能够为地球生命起源这样一个重大课题提供重要线索。” 20年内5次亲密接触彗星 “后来，‘脏雪球’模型被越来越多近距离观测的光谱分析结果所证实。现在已经搞清楚了，彗星是由冰和少量岩石组成的小天体，从内到外分别为彗核、彗发和彗尾，迄今已记录近2000颗。”说到这里，李竞历数近年来人类对彗星的几次近距离观测——— 第一次利用空间技术对彗星近距离观测，是1986年。那一年哈雷彗星回归，走到了地球附近，全球有好几个探测器升空，有些已经升空的则叫它改变轨道去观测。这些探测器中，观测最成功的是欧洲和美国合作的“乔托”(以意大利天文学家命名)号探测器，它量出哈雷彗星彗核的长径是16公里，短径是8公里，像个大土豆，它第一次给哈雷彗星做了三维图像。“这时候，人类才知道这么有名的哈雷彗星，对于天体来说，只是一个小东西。” 1998年，美国发射“深空一号”探测器，它在2001年飞近“波瑞利”彗星，量出它的长径是8公里。这是第二次。 第三次，是1999年上天的“星尘”号探测器，在2004年飞近“怀尔德二号”彗星，在它的尾巴那儿成功取样，这是一颗近似圆球的彗星，直径为5公里。“星尘”号是欧洲和美国合作研发的，将于2006年返回地球。 去年，欧洲发射了“罗塞塔”探测器，目前正在奔向“丘鲁莫夫—捷拉西门科”彗星，将于2014年在它上面着陆。这个彗星离地球非常远，探测器着陆以后，把结果传回来，自己就不再返回了。这算是第四次近距离观测。 第五次，就是这次撞击彗星。今年1月12日升空的“深度撞击”号探测器，将于7月4日与“坦普尔一号”彗星相遇，并发射一个铜合金锥体去撞击彗星。这是美国独自搞的科学实验，可谓前所未有。 抡起1.3亿公里外的“铜锤” 谈及“深度撞击”，研读过大量资料的李竞说：“这次撞击无疑是一次引人入胜的科学探索，科学家关心它，普通公众同样感兴趣。” “深度撞击”号探测器的总重量为372公斤，分为飞越舱和撞击舱(见图三)两部分，撞击舱重113公斤，主要是一块铜合金锥体。探测器以每秒10.2公里(将近每小时3.7万公里)的速度与“坦普尔一号”相遇之时，它就把撞击舱发射出去。由于彗星也在运动，它们的相对运动速度会更大。这时候，撞击舱自带的摄像机开始拍摄，已经减速的探测器也用自带的摄像机跟踪拍摄撞击过程。等到锥体撞上去了，它的摄像机停止工作，探测器的摄像机继续工作，记录的所有信息都会传回地球。 用来撞击的锥体为什么是铜合金的呢？李竞说，它显然是一种特殊材料，其配方一直保密。按照常识，用铜这种惰性金属与其他材料制成合金，不会被高速运动和撞击产生的高温熔化，也避免在撞击之后与彗星物质发生化学反应。如果发生化学反应，就弄不清楚撞击之后产生的物质到底是彗星本身的物质，还是化学反应的产物。所以，用铜合金做的这个锥体，就是让它起一个牢固结实的锤子的作用。 “要想撞击成功，必须有绝对的技术保证。”李竞说，去年，“惠更斯”号降落土卫六，“机遇”号、“勇气”号降落火星，都是和飞机降落类似，速度越来越慢，最后打开降落伞。这种情况下，有时间修正指令，保证降落成功。而这次撞击，是速度越来越快的猛烈冲撞，指令一旦发出，容不得修正。 “同时，探测器与地球之间的遥远距离，也要求地面发出的指令必须绝对精确，不能有一丁点儿误差。”李竞说，据科学家们计算，撞击的时候，探测器离地球的距离是日地平均距离的85%。日地平均距离，就是光线在8分19秒之内走过的距离。也就是说，探测器和地球的这段距离，光线要走7分多钟，将近1.3亿公里。探测器离地球这么远，并且处于运动之中，地面发给它的撞击指令，就得打一个提前量，保证信号到的时候，探测器也正好到了预定位置，从而接收指令，启动程序。 反过来说，因为探测器和彗星都在运动，如果计算不准确或出现其他失误，撞击舱就有可能撞不上彗星。所以，能不能一下子撞上去，也是一个悬念。 总而言之，“深度撞击”此行，是对空间探测高新技术的一次严格检验。 就像蚊子冲进波音767 有报道说，这一撞击相当于4.5吨TNT烈性炸药的爆炸威力，将在彗核表面撞出一个数十米深、足球场那么大的环形坑。这次碰撞将导致大量彗核物质向宇宙空间喷射而出，从而使彗星亮度明显增加。 对此，李竞认为：“撞击之后，肯定是烟尘弥漫，火光冲天，等到一切消散后，将会出现什么情况呢？是撞出1个足球场那么大的深坑，还是4个足球场那么大的坑，或是其他结果？现在谁也说不清楚。” “为什么说不清楚呢？就是因为人类对彗星本身的情况还不了解。”李竞说，“当然，科学家们希望撞得越深越好，以便更多地探测彗星内部，所以叫深度撞击。” 那么，这一撞击会不会把“坦普尔一号”彗星给撞碎？李竞回答：“决不会撞碎。”他说，相对于长径14公里、短径4.8公里的“坦普尔一号”来说，撞击产生的坑，即使有足球场那么大，也不算什么。美国国家宇航局的科学家也说，他们并不确知撞击会产生什么样的后果，但他们指出，这一撞击摧毁彗星的可能性极小。 这一撞击会不会改变彗星的运动状态和运动参数？李竞回答：“会！但是可以忽略不计。”根据公布的数字，经过撞击，“坦普尔一号”彗星的速度每秒钟要增加万分之一毫米，只不过使它原来5.5年的轨道运行周期减少1秒，这一结果根本观测不出来。 正如美国国家宇航局喷气推进实验室“深度撞击”探测计划科学家唐·约曼斯所说：“从科学角度来看，这一撞击就好比让一只蚊子冲进一架波音767客机，完全不会影响到彗星本身的运行轨道。” [人民日报]
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