@ 2015.07.17 , 23:33
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既然已有入轨技术,行星飞掠任务有什么意义?

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新地平线号飞掠冥王星及其众卫星是一长串前往太阳系天体的历史性任务中的最新篇章。但鉴于飞掠只持续很短时间,说真的我们能从收获得多少?毫无疑问,该任务将产生大量的有趣数据,但肯定的是,如果飞船能够插入轨道数天,或者实际降落到表面上并收集实物样品,我们一定能收获更多。

新地平线号非常重要,因为它首次让我们得以一瞥柯伊伯带中第三类天体的未知世界——位于类地行星和气态巨行星以外的外太阳系的组成基础。这样的飞掠带给我们独一无二的一发性机会对目标进行测量,非常令人激动。

虽然我们还只处在探索冥王星及其卫星的第一阶段,飞掠会为未来任务奠定基础。事实上,飞掠是太阳系探索四大经典阶段的第一阶段,随后依次是:轨道器、着陆器,以及从一个天体返回样本。(在下表中以1~4标记)

过去的经验

史上第一次飞掠是1959年由俄罗斯的月球-1飞船进行的月球飞掠。而50年前几乎就在今天(7月15日),美国的水手4号率先达成飞掠火星。

我这一代人对诸外行星及其一些卫星的历史性飞掠深深着迷,我在自己的职业生涯中幸运地参与了几次历史性飞掠的仪器团队。这些是飞掠哈雷彗星(1986年)Grigg-Skjellerup彗星(1992年)的乔托任务,以及卡西尼任务期间对土星系统的一些近距离“首次飞掠” (土卫六,土卫二,土卫五,土卫四,土卫七)。

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首次飞掠/作者提供

乔托的哈雷彗星飞掠只持续了几天,但这次遭遇革新了我们对彗星的认识。在80年代探索哈雷彗星的几个探测器中,乔托具有最广泛和能力最强的仪器集合,并比其它小伙伴们更接近目标。

它发现了彗星喷射流活动,令人惊讶的暗黑表面,表壳中的烃类和复杂的弓形激波及彗尾形成机制。这些发现,现在正在67P彗星上由罗塞塔任务和菲莱登陆器跟进。

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乔托接近彗星的艺术想象图。Mirecki/wikimedia, CC BY-SA

但是,飞掠Biu~一下就发生掉的事实,也使他们令人非常紧张,难以驾驭。当我们在监控乔托飞船时,它正以68.4公里/秒飞掠哈雷彗星,就在接近最近距离时它突然被一粒尘埃撞到,开始脱离轴线旋转。幸运的是,这个摇摆是可以挽回的。

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2004年1月2日 从星尘号看到的维尔特二号彗星NASA/wikimedia

还有很多其它数据被救回的例子,包括新地平线号7月4日令人担忧的故障(现已修复)。

新地平线号和星辰大海

2006年搭阿特拉斯5号发射后,这枚478公斤重的飞船在仅13个月后就通过了木星,这是一条特快路线。这么匆忙主要的原因是要赶在冥王星稀薄的大气冻结坍塌前抵达,冥王星正在逐渐远离太阳。新地平线号的任务设计给出一个非常快速的飞掠,超过14公里/秒(50,000公里/时),最高分辨率的测量时间只有几小时到几天。

以“天文单位”衡量(1天文单位AU约为1.496亿公里),冥王星轨道带它从深入海王星轨道(30.1 AU)内部的近日点(29.7 AU,1989年),经过其目前的距离(近33 AU ),一直到达远日点 (48.9 AU,2113年)。随着更远离太阳,它的表面温度从目前的40开尔文降得更低,导致大气层冻结。

但是,为什么是飞越,而不是进入轨道?最简单的答案是,把新地平线号减速到足够被捕获进入轨道,需要大量能量,这意味着大量的燃料。相反,NASA选择把一个相对来能力不错的30kg有效负载快速送到冥王星-卡戎系统,在大气层坍塌之前赶到,而不是用一个不同的飞掠计划带上大量的额外燃料。

新地平线号已经用早期影像扩大了关于冥王星-卡戎系统薄薄的教科书,在接下来16个月中,来自可见光、红外线和紫外线光谱仪,以及等离子、尘埃和无线电科学仪器的下载数据将再次拓宽和改写它们。

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冥王星和冥卫一的形象,来自新地平线号。NASA

但新的问题几乎肯定会出现,按照通常的探索顺序,这只能通过更详细的轨道任务来回答。何时会发生就很难说了。在可能的实现之前,相对优先级需要与其它天体的任务相比较,特别是那些处于较低探索阶段的。

在未来,我们可以期待对所知有限的天体更多的详细飞掠任务,以及类似罗塞塔的后期阶段任务。此外,我们会访问新的维度,如ExoMars任务将第一次钻探火星表面下深达2米。JUICE任务会飞掠木星的卫星木卫二,木卫三,木卫四,然后进入绕木卫三轨道,比较这些卫星的地下海洋。欧罗巴快船任务将飞掠欧罗巴45次完成对那里的详细勘探。

这些任务,及其后续跟进,将帮助我们发现更多关于人类在宇宙中的地位——以及我们是否孤独。但很显然的是,虽然目前为止我们已经在太阳系探索中取得了很多成果,仍有大量的工作尚待进行。

本文译自 TheConversation,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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  1. lefteris
    @3 years ago
    2867617

    真想到太空去看看这些星球啊。。。。。。。家祭无忘告乃翁。。。

  2. yxw不知道
    @3 years ago
    2867618

    飞掠过后new horizon去哪

  3. 勇敢的骚年
    @3 years ago
    2867619

    怎么连题目都开始然并卵风格了……毕竟往返的成本不只是燃料,还有时间。目前来看如果冥王星上的样本如果没有极高的研究价值的话还是让航天器继续飞行探测太阳系外层比较划算。毕竟柯伊伯带外面还有两个大型的小型天体带。

  4. linoel
    @3 years ago
    2867623

    @yxw不知道: 飞出太阳系……不,是进入太阳系外层

  5. 蓝柠檬
    @3 years ago
    2867634

    想到星际穿越

  6. 我真的爱你❤❤❤
    @3 years ago
    2867649

    我并不喜欢你

  7. 天や罚
    @3 years ago
    2867658

    @lefteris: 等你死了的时候再说吧

  8. 叶文洁
    @3 years ago
    2867669

    只要与主保持联系,技术总会取得突破的。

  9. 啊啊啊啊
    @3 years ago
    2867677

    @叶文洁 哪个主,圣经里乱伦的那个么?

  10. 雨纷飞
    @3 years ago
    2867692

    说点粗略的数据就知道入轨是多难了:新视野号为了赶路,极速飞行,到冥王星相对速度是20km/s。 而冥王星环绕速度是1.2km/s ,要减速接近19km/s,而探测器总重才300公斤……玩过坎巴拉的自己算算需要多少dv。

    如果任务不要求时间还能用高效率引擎半路慢慢减速。但是要求极速到达冥王星并立刻刹车,并且冥王星不能大气层减速。环绕的任务难度比登月还难数倍。

  11. 风大算吊毛
    @3 years ago
    2867752

    就是先路过瞅一眼,看有没有值钱的,不是黄金星钻石星还费啥劲去登陆噢

  12. 汤圆
    @3 years ago
    2867840

    我觉得自己很幸运,出生在了航太科技突飞猛进,获得宇宙知识大爆炸的年代。

  13. MathGuru
    @3 years ago
    2868239

    @啊啊啊啊: 三体世界

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