飞船在太空追逐10年,成功抵达数亿公里外的天体,见到另一种风景
彗星是一种很神秘的星体,人们一直在把它和流星搞混。 实际上二者完全是不同的事物。为了 探索 彗星的秘密,欧洲航天局花费巨资将探测器发射到彗星上去, 完成了人类 历史 上第一次登上 彗星 的壮举。
我们为什么要 探索 彗星呢?科学家曾经怀疑地球上的水来自于彗星,弄清楚了彗星的秘密,说不定对于我们地球的研究会更进一步,也更能够解释生命的来源。而彗星来自那里一直是人们好奇的点, 有人说它们来自 柯伊伯带 ,有人说它们来自奥尔特星云 。 目前人类对于彗星的认识还很浅显。
彗星在古代被人们称为 “ 扫把星 ” , 最初这个词语可不是用来形容倒霉的,而是用来表示彗星的形状很像扫把。 更多的人是搞不清楚 彗星 与 流星 ,还有 陨石 的关系, 只要是天空滑过了发光体,通通称为 流星 。
然而, 彗星 和 流星 根本就是两种不同的东西。首先彗星是宇宙中的 天体 ,陨石是一种 物质 ,流星则是一种 现象 。 其次,彗星发光是因为反射了太阳的光和它自身的粒子发出的光,而流星的光来自于大气层摩擦燃烧。最后, 流星发生在地球大气层, 彗星 基本上不会落入大气层,它们多数时候都是与地球擦肩而过。
能够引起流星的原因有很多, 只要是宇宙中的物质进入到了地球的大气层,高速运动中,物质与大气层发生剧烈的摩擦 ,不仅使它们的表面处于一种熔融状态, 还让上面的粒子发生跃迁,释放能量。
这些物质不一定会燃烧完,穿过大气层后它们的温度变低冷却,下落速度依然非常快, 最后砸在地球表面,留下一地碎片,这些残留物被称作 陨石 。
陨石的主要成分是岩石和一些金属 ,密度比较大,由此可以推断流星的组成大部分是岩石; 彗星的主要组成成分是 水 、 甲烷 , 因为距离太阳非常远温度很低,上面的水和甲烷都呈现固态,外加一些岩石颗粒。 彗星通常是一颗滑过夜空,流星则会以群的方式降落,称之为 “ 流星雨 ” 。
当然彗星也有几率会与行星发生碰撞,但是如果真的发生,那场面就不是壮阔的流星雨那么简单。 历史 上曾经发生过彗星与木星相撞的事件,虽然没有给 木星 造成什么严重的伤害,但我们也不可能低估慧星所携带的能量。 想要 探索 一个天体最直接的方法就是将探测器放在上面,话虽然这么说, 但是想要把探测器放在彗星上面还是很有难度的。
不是每一颗彗星都有自己固定的轨道和周期,有不少彗星的飞行轨迹杂乱无章, 其难度远比前往太阳系的其他天体难。 因此想要发射彗星探测器,就必须寻找有周期的彗星,且周期不能过大 。比如著名的 哈雷彗星 ,尽管人们已经知道它的轨迹以及周期,可它76年才距离地球最近一次。 经过天文学家们的筛选, 木族彗星67P进入了视野。
67P彗星 又叫做丘留莫夫-格拉西缅科彗星, 因为按照国际惯例,彗星一般以发现者的名字命名。它的轨道周期是 6.44年 , 由于受到木星引力的影响,它还具有自转周期,大约 12个小时 。
67P的轨道是一个椭圆,因此它具备近日点和远日点。 近日点距离为 1.2 AU , 比地球到太阳的距离稍远, 远日点的距离为 5.68AU 。 根据67P的数据计算, 离我们最近的一次近日点是2021年11月2日。
欧洲航天局 在2004年3月2日发射罗塞塔号探测器 ,并在2014年8月6日与目标彗星会合 ,9月10日进入预定轨道 ,11月12日,携带的 菲莱登陆器 成功在天体上着陆。 这是人类 历史 上第一次有人造探测器造访彗星。
罗塞塔计划花费了欧洲航空局13亿欧元,历时10年,追逐距离超过40亿公里,期间困难重重。 因为目标太远,飞船不能采取直接飞向彗星的方法,而是一边采取迂回战术,一边围绕太阳运动。 经过3次加速, 罗塞塔号 终于成功抵达丘留莫夫-格拉西缅科彗星,看到了另一种风景。
到达彗星后,探测器马不停蹄地传回第一张照片。 尽管第一张照片是黑白的,人们也可以清楚地看清67P的面貌。这是一个形状不规则的天体,乍一看像一只鸡腿。 将镜头拉近可以看见上面的风景,和地球上的山脉有点类似, 67P 的温度很低,在零下94度到零下41度之间。 由于它是彗星,所以根本不存在什么大气之类的生命必须条件,它不适合生命居住。
67P彗星 的形状不规则,因此没有什么直径数据,而是长4.1千米,宽3.2千米,厚度1.3 千米。 天文学家将彗星分为26个不同的区域,每个区域都以埃及神的名字命名, 而一些特殊的地貌被称为“ Gate(门) ”,比如 C.Alexander Gate , A.Coradini Gate ,它们是以已故罗塞塔计划成员名字命名的。
丘留莫夫-格拉西缅科彗星 的主要成分同其他彗星一样,固态水占大多数。 然而经过取样分析发现,它的水和地球的水有很大的区别。
地球的水中氢原子绝大部分就是氢原子, 但67P彗星的水是由氘原子组成,这是氢的同位素,在这颗彗星上,氘与氢的比列是地球上的三倍。 而且天文学家可以证实,上面既没有生命,也不适合生命生存。那么人类为何还要大费周折地前往上面一探究竟呢? 这就不得不提到彗星与地球的那个著名假说—— 水是彗星带来的。
地球虽然名字里带“地”,但它是一颗不折不扣的水球,名副其实的 “水星” 。 而在地球诞生之初,它从星云里出来的炽热的火球,经过几亿年的冷却,一切都归于平静。然后,地球就不知道怎么的,冒出了水。
关于地球上水的来源有两种说法 ,第一种说法是水是地球自带的,因为水是由氢和氧2种元素组成, 地球 形成之初就是一个巨大的化学反应场,里面的氢氧原子结合成水分子。 这个时候由于地球温度太热,水分子反而藏在了地壳下方,也就是初始的地幔里。 等地壳冷却后它从地壳里冒了出来,形成了最初的海洋。
还有一种说法就是,地球上的水来自于 彗星 。 彗星的主要成分是水、甲烷等物质,而且从概率上说,它是有机会撞击到地球的。 进入地球后,彗星上的固态水融化,覆盖了地球的表面。
但是这里面有一个BUG,那就是,地球那会虽然很年轻,可也不是一颗小星球,要将其全部覆盖得需要很多水, 如果是一颗携带地球水量的彗星,它的质量会非常大,撞一下地球很有可能吃不了兜着走。
1994年,木星就与一颗彗星相撞, 最后给木星留下了许多直径超过1万公里的撞击痕迹 。如果这颗彗星撞击地球,那么地球很有可能被撞得支离破碎。 假设地球的水是 彗星 带来的,那么一定会留下痕迹,然而人们并没有找到。既然这样为何还有人支持这样的说法呢?
因为按照水是地球自己产生这个说法,其他行星也有可能产生水, 但是纵观整个太阳系,只有地球拥有液态水。
有人会说这是因为地球有大气,能够保护自己的水,可是地球一开始并没有浓密的大气,就连我们熟知的抵抗紫外线的臭氧层,也是在20多亿年前才开始形成, 地球诞生于大约46亿年前,这期间有20亿年的时间地球都在接受 太阳辐射 的轰击,这样漫长的时间地球竟然能够保存下来70%的水,这其中也许有外部补给。
彗星上除了有水,还有甲烷和氨气,也就是说,除了 碳 、 氢 元素 ,上面还 碳 、 氮 元素, 这些元素都是组成有机物的必须成分。 如果地球的水来自彗星,那么它自然也会带来这些元素,这样的话,生命的诞生也有彗星的作用。
彗星与我们想象中的不同,它并不是一坨大岩石,而是固态的水、甲烷还有氨气, 因此它的故乡只会在太阳系 木星 的轨道之外。为什么会这样说?
因为从木星开始,后面的行星就都是气体星球,木星的轨道成为了一个重要的划分界限。 在木星轨道以内,都是以岩石为主的天体,比如地球、小行星带等, 而在木星轨道之外,剩下的三颗行星包括木星自己都是气体星球。 这是因为距离太阳的距离越远,它的引力就会递减,让原本的星云物质聚合出现了差别。 如果彗星诞生在距离太阳系比较近的地方,那么它会因为温度过高出现挥发。 比如小行星带的 谷神星 就曾被观测到有水蒸气出现。
现在普遍的说法是,彗星的故乡在海王星之外的区域, 大部分来自 奥尔特星云 ,当然也有一部分来自 柯伊伯带 。 67P彗星就是自柯伊伯带的来客,在太阳的引力之下做椭圆轨道运动。可是由于木星的体积太大,在掠过其附近时 ,受到木星的干扰,67P彗星原本的轨迹被改变,成为了现在的样子。
这么看, 探索 67P彗星的意义非常巨大,因为柯伊伯带是已知的太阳系最外层, 而奥尔特星云是天文学家假设的太阳系最外层。 通过研究这些彗星, 我们能够对遥远的 太阳系 外层有更清晰的认知 。
飞跃太阳系是人类一直以来的梦想, 实际上,人类最远的探测器 旅行者号 还没能离开太阳系,只能说离开了八大行星的轨道。 理论上我们已经已经穿越了狭隘的太阳系,离真正离开太阳系还有很远的路要走。
我们已经在一百年不到的时间里,造访了太阳系内能够到达的所有天体,从行星、到天然卫星,从小行星到矮行星, 再到神秘的彗星,甚至是太阳,我们也发射了探测器。
可即便到了这样的程度,我们依然不能说人类已经非常了解太阳系。 太阳系依然有很多谜团等待着我们去解答,它的边界也一直是我们要寻找的。 按照人类自己对宇宙文明的等级划分, 我们连最初等级 “母星文明” 的顶峰都没有达到,人类依旧不能离开地球生存,宇航员也不可能无限期不返航。 想要飞出太阳系,人类还有很长的路要走。
2016年9月30日, 罗塞塔号彗星探测器 撞向丘留莫夫-格拉西缅科彗星,与地面失去联系, 结束了长达12年的追逐彗星之旅,它用70多万张照片完成了自己壮阔的一生。