「惠更斯」登陸土衛六:見證40億年前的地球

2020-12-06 中國新聞網

  (聲明:刊用《中國新聞周刊》稿件務經書面授權)

  「惠更斯號」登陸土衛六,刷新了人類探測器在其它星球著陸的最遠距離紀錄,並且第一次實現在其它行星的衛星上著陸,是太空探測史的一座裡程碑。

  穿過土衛六厚厚的大氣層,人類第一次在地球之外看到了類同於地球的「河流」和「山川」,看到了一個似乎生機勃勃的新世界

  -本刊記者/方玄昌

  前後相隔僅僅兩天,人類為自己的宇宙探索史添上了濃墨重彩的兩筆。

  1月12日,美國宇航局的「深度撞擊號」探測器在佛羅裡達州卡納維拉爾角空軍基地發射升空,開始了探索坦佩爾1號彗星的行程。按計劃,探測器在接近彗星後將釋放一個撞擊器,撞擊器與彗星將於7月4日在太空中相撞。這是人類首度計劃撞擊彗星。

  但更加引人注目的事情發生在1月14日。這一天,沉默了7年之久的探測器「惠更斯號」成功登陸太陽系中最為神秘的一顆星球——土衛六,並發回首批信號。這正好是土星衝日(即土星、地球和太陽剛好處於一條直線,這時,土星離地球最近)的一天。

  「深度撞擊號」的使命之一是尋求一條有效途徑,來避免其它天體對地球生命的毀滅性撞擊;而「惠更斯號」登陸土衛六,主要目的則是尋找另一個可能孕育生命的基地,並且讓我們更好地了解40億年前的地球,以及生命的起源問題。巧的是,7年前發射的「卡西尼-惠更斯號」和現在發射的「深度撞擊號」都由「母子」探測器組成。

  在此之前,英國《衛報》剛剛評出2005年科學界最應關注的10件大事,「惠更斯號」和「深度撞擊號」兩項宇宙任務分列第一和第二位。而「惠更斯號」成功登陸土衛六,更被很多科學家認為是人類在宇宙探測方面所取得的最偉大成就之一。

  人類探測器第一次登陸其它行星的衛星

  土衛六(即「泰坦」),這顆橙色星球,由於其外表面有著類同於原始地球的大氣層,因而有著孕育生命的可能條件,對它的認識因此一直是眾多天文學家的夢想。但也正因為它布滿了濃密的大氣,人們很難從地球上直接觀測它的表面。

  土衛六由荷蘭天文學家克裡斯蒂安·惠更斯於1655年通過自製望遠鏡發現,人們因此將登陸的探測器以他的名字命名。「惠更斯號」重319公斤,直徑約2.7米。它攜帶有6臺測量儀器,對土衛六的壓力、溫度、風速、大氣成分等進行分析測量。

  1997年10月15日,「卡西尼-惠更斯號」發射升空,這是一項由美國宇航局和歐洲宇航局合作的太空任務。其中子探測器「惠更斯號」由歐洲宇航局設計,其惟一使命就是在土衛六登陸,並分析其大氣和表面狀況。

  2004年7月1日,「卡西尼·惠更斯號」成功進入土星軌道;2004年平安夜(12月25日),「惠更斯號」成功與「卡西尼號」分離,在休眠狀態下飛往土衛六。在接下來的20多天,全世界天文學家都不得不在焦急中苦苦等待它的復甦。

  一切按照7年前所布置的,2005年1月14日,「惠更斯號」如期從「睡夢」中甦醒,向地球發出無線電信號,並開始向土衛六降落。德國達姆施泰特的地面站大約於北京時間18時25分左右接收到「惠更斯號」的信號,飛行任務控制中心立即宣布這一消息。一直在控制站焦急等待的科學家都情不自禁地歡呼起來,慶祝「惠更斯號」的醒來。

  這是激動人心的一刻。歐洲宇航局飛行任務管理員、「惠更斯號」項目首席科學家勒布勒東說:「我們聽到了孩子的哭聲。它告訴我們,探測器還活著。」

  格林尼治標準時間14日上午10時13分(北京時間18時13分),「惠更斯號」在距土衛六表面1270公裡的高度上以每小時2.2萬公裡的速度進入該衛星的大氣層。「惠更斯」號前部的防熱盾可以起到保護作用,避免它下降時與大氣劇烈摩擦而燒毀。在180公裡的高度上,它打開了直徑為2.6米的引導降落傘,其用途是彈出後部的防熱罩。引導降落傘打開後2.5秒,後罩和引導降落傘都被拋掉,「惠更斯號」直徑達8.3米的主降落傘被打開,下降速度被大大地減慢。

  在距土衛六表面160公裡的高度上,「惠更斯號」前面的防熱盾被拋離,「惠更斯號」的儀器艙被開啟,裡面的各類科研儀器開始分析土衛六大氣物理特性與化學成分。

  在距土衛六表面125公裡的高度上,第三頂降落傘打開,主降落傘被拋離。該降落傘直徑為3米,所以這時「惠更斯號」下降速度略微增加,它保證了電池能夠工作到著陸。當高度降到60公裡時,一對雷達探高儀開始工作,能夠測定它的高度和轉動。由於不停轉動,「惠更斯號」上的照相機和其它儀器能夠看到前面四周的景色。

  北京時間20時左右,「惠更斯號」的主要系統全部被激活,並傳輸信號報告自己在土衛六大氣中的位置。在距離土衛六表面幾百米處,它打開探照燈,照亮土衛六的地表,以便儀器能夠「看清前方」。

  整個降落過程持續近兩個半小時,在此期間「惠更斯號」與「卡西尼號」保持密切聯繫。北京時間20時31分,「惠更斯號」成功登陸土衛六表面。

  這是人類探測器有史以來距離地球最遠的一次星體著陸,並且第一次在其它行星的衛星上實現了軟著陸,雖然它執行任務的時間並不很長北京時間22時44分,「惠更斯號」徹底耗完自己的能源儲備,並永遠安息在距離地球約為12.5億公裡之外的土衛六表面。

  看起來是一個充滿生機的地方

  登陸過程開始後,「惠更斯號」探測器就不停地向「卡西尼號」發回土衛六的照片,「卡西尼號」再把這些照片傳回地球。它們第一次向世人展示了一個真實的土衛六:它是一個煙霧瀰漫的橙色星球,其表面亮度比科學家此前預計的要暗得多。

  在距土衛六表面約19公裡處,「惠更斯號」拍到了厚厚的一層雲霧。科學家指出,這層雲霧的主要組成物質極有可能是甲烷。著陸之後,「惠更斯號」還發現,土衛六表面物質正在不斷蒸發,並產生更多的甲烷。

  從土衛六地表的局部看,它可太像地球了。在「惠更斯號」距土衛六表面16公裡時拍攝的一張照片中,土衛六表面不但有著高低起伏的山巒,還有蜿蜒曲折的「河道」。為「惠更斯號」提供照相設備的美國亞利桑那大學月球和地球實驗室科學家馬蒂·託馬斯科說:「很明顯,有液態物質在土衛六表面流淌。」

  地球之外,這是第一次在其它星球上發現液態物質。

  從更近拍攝的照片看,處於最上面的,是一層薄薄的巖石外殼。歐洲航天局一位科學家表示,土衛六照片中表面物質看上去和地球上的溼土和黏土相似。「土衛六表面物質看上去像是焦糖奶油。」

  在一張經過光譜處理後的「橙色」照片中,「惠更斯號」前方的物體看起來是巖石或是冰塊,它們大多呈鵝卵石狀。此外,科學家還從照片中物體的底部發現了侵蝕的痕跡,這表明它們此前可能遭到過河流衝刷。

  除了向地球發回土衛六彩色照片之外,「惠更斯號」探測器上配備的一個麥克風甚至捕捉到了一種呼嘯而過的聲響。負責聲音探測的科學家目前還沒有得出結論,不過探測器上的儀器已經探測到,土衛六上有風吹過,其時速約為24公裡。

  美國宇航局噴氣推進實驗室科學家、卡西尼號圖片分析小組成員託雷斯·詹森表示,「我們原先認為土衛六表面情景會像我們從科幻片中看到的那樣奇怪,但是『惠更斯號』發回的照片卻讓我們大吃一驚——土衛六表面不僅有隕石撞擊遺留下來的坑洞,有不甚宏偉的山峰,也有此起彼伏的高地,更為重要的是土衛六看起來是一個充滿生機的地方,就像遠古時期的地球一樣。我們在土衛六上發現的情景與火星上發現的完全不同。火星是一片純粹的不毛之地,而土衛六則感覺是一片生機盎然的景象。」

  對於照片顯示的類似於巖石的物質,詹森推斷:「這些巖石很可能全是冰。考慮到土衛六表面溫度因素,只有真正的水冰才能形成這種形狀的冰巖。」詹森強調,我們今天研究的照片只是「冰山的一角」,這僅僅只是「惠更斯號」所拍照片的小部分。

  美國宇航局科學部門主管阿方索·迪亞斯說:「我認為,我們所有人在揭開太陽系神秘面紗時都會不斷為之驚嘆。新的發現推翻了我們先前的成見:這些星球表面並非死氣沉沉。」

  就像回到40億年前的地球

  作為對這顆星球上所發出的天籟之音的一種回應,「惠更斯號」播放了來自地球的音樂。最先在土衛六上響起的音樂是人類的搖滾樂。「惠更斯號」探測器攜帶有一個光碟,上面刻有歐洲航天局特意邀請法國音樂家朱利安·斯萬戈和路易斯·艾瑞為這次登陸行動譜寫的歌曲。在土衛六上第一次唱響的四首歌是《啦啦啦》、《煩躁的迪安》、《激情時刻》和《沒有愛》。

  歐洲宇航局在這次的太空使命中加入一些藝術的內容,是因為他們希望能夠在這顆星球上尋找到生命的蹤跡,並且向任何可能存在的外星生物發出友好的信號。

  在太陽系中,土衛六是惟一一顆具有稠密大氣層的衛星,其大氣主要由氮和少量的甲烷組成。此外,可能還有10多種簡單的有機分子,其表面氣壓大約是地球的1.5倍。在太陽系各大行星及其衛星中,只有地球和土衛六大氣中富含氮。有科學家因此認為,土衛六大氣化學成分很適合生命的存在。

  但另一些科學家卻認為,土衛六不是一個適合生命生存的地方。因為它的表面寒冷而黑暗,只有-180℃左右,並且不太可能存在液態水。

  但不管怎樣,有一點是大家公認的:土衛六上可能冷藏著很多化合物,一些類似的化合物也許在地球生命誕生之前就存在於地球上。土衛六很像早期的地球,勒布勒東說,探測土衛六,就好像是「回到了40億年前的地球」,因為早期地球上也存在大量類似甲烷的碳氫化合物。正因為如此,對土衛六的探測會為研究地球生命起源提供線索。

  迪亞斯說:「土衛六就像一部時間機器。它為我們提供了機會,可以考察地球誕生之初的狀態。許多在地球上為生命起源提供條件的化合物也許就冷藏在那裡。」

  惟一的遺憾

  了解土衛六的工作才剛剛開始。

  歐洲航天局官員說,「惠更斯號」探測器攜帶的6部測量儀器在穿越土衛六大氣層過程中工作出色,他們共接收到3個多小時的數據,初步的結果足以令人折服和讚嘆。雖然「惠更斯號」的使命由此宣告結束,但它發送回來的寶貴數據將會讓科學家們忙乎數年時間,其價值和影響也將在今後幾年內逐步顯現出來。

  但科學家也不無遺憾地表示,在所有測量儀器都正常完成使命的同時,探測器上兩臺數據傳輸系統中的一臺出現了故障,原本能發回地球的近700張土衛六圖片,只有一半傳輸成功,並且導致風速測量數據丟失。這將對探測土衛六風向和大氣濃度的工作產生消極影響。有科學家猜測,故障是因為在數據傳輸中扮演中繼站角色的美國「卡西尼號」飛船程序編寫發生錯誤。但後來歐洲宇航局科學家排除了這一猜測,他們表示,歐洲宇航局對發生的一切承擔責任。

  不過這一問題並沒有妨礙此次探測任務的巨大成功。歐航局表示,根據全球各地的18臺射電望遠鏡接收到的「惠更斯號」發出的信號,科學家們有望恢復90%的風速測量數據。

  來源:中國新聞周刊

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  • 與地球極其相似的土衛六圖選
    2005年,人類首次也是唯一一次向地月系統之外發射探測器———惠更斯號探測器,並在泰坦星(又叫土衛六,是土星最大的衛星)著陸。
  • 2005年惠更斯號登陸土衛六
    圖為惠更斯號發回的「土衛六」甲烷湖。 土衛六(Titan,又稱為泰坦星)是環繞土星運行的一顆衛星,是土星衛星中最大的一個,也是太陽系第二大的衛星。
  • 惠更斯號(Hygens)登陸泰坦15周年
    美東時間2005年1月14日9時,惠更斯號泰坦(土衛六)著陸器進入其大氣層。土衛六是土星類似行星的衛星中的第六顆,也是最大的,其半徑略大於水星行星的半徑,但質量不到其一半。自1655年荷蘭天文學家克裡斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)發明天文學家以來,天文學家就已經知道它了,因為它濃密的橙色霧氣很難研究。只有在2005年初從卡西尼-惠更斯號研究任務中沉積了探針後,研究人員才對土衛六的表面情況有了一定的了解。
  • 歐空局發布視頻 重溫惠更斯號登陸土衛六Titan的時刻
    不過其實卡西尼號任務的全稱是卡西尼-惠更斯(Cassini-Huygens),是NASA、歐洲航天局和義大利航天局的一個合作項目,惠更斯號探測器是卡西尼號攜帶的一個子探測器。為了讓人們記住惠更斯號對人類做出的貢獻,歐空局周一發布了一個視頻,重溫惠更斯號探測器登陸土衛六Titan的時刻。
  • 第1863回:卡西尼和惠更斯號,旗艦級空間探測器
    卡西尼號自入軌後持續運作超過13年,直到2017年9月15日進入土星大氣層焚毀;惠更斯號則於2005年1月14日成功於土衛六的阿迪立地區著陸並傳回數據,是首具在外太陽系天體完成登陸的探測器。卡西尼-惠更斯號雖然是第四架前往土星的空間探測器,但卻是當中第一個環繞土星者。
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