「羅塞塔」為什麼要去探彗星?

「羅塞塔」探測器拍攝的67P彗星的全貌，攝於2014年8月3日。圖片來源：ESA

北京時間2014年8月6日17時06分，歐洲空間局的「羅塞塔」探測器進入了環繞67P/楚留莫夫－格拉希門克彗星（以下簡稱「楚－格」彗星）的軌道，成為人類歷史上第一枚環繞彗星運行的探測器，「羅塞塔」在twitter上甚至躍升熱門話題榜首位。

耗資10億歐元的「羅塞塔」為什麼這麼火爆？因為它有可能幫助我們回答老祖先們一直在念叨的一個基本問題：「我們從哪裡來？」所以，各位就不妨花點兒時間和我一道，看看為什麼你現在能坐在這裡花點時間和我一道吧。

古人認為彗星是不祥之兆，而現在我們知道，彗星不過是水冰和巖石組成的「髒雪球」——說白了，就是不能吃的冰淇淋。在寒冷黑暗的太陽系外圍，有大量這樣的「冰淇淋」。如果運氣好的話，在大行星或者過路恆星的引力攝動下，這些「冰淇淋」會奔向內太陽系，水冰以及其他易揮發物質在受到太陽的光和熱之後被釋放出來，於是形成了漂亮的尾巴，即「彗尾」。

現在我們都知道，彗星非但不是不祥之兆，反而可能是地球上存在生命的直接因素。目前大多數科學家都認為，在太陽系形成早期，大量彗星撞擊地球，帶來了生命之源——水^[1]。還有科學家進一步認為，和彗星一併來到地球上的，還有構成生命的原始物質，甚至生命本身^[2]。所以當你喝水的時候，可別忘了那些為了生機勃勃的地球而粉身碎骨的彗星們。

彗星本身很小，不會有地質活動，加上長期呆在太陽系外圍的「冰凍室」裡，所以它們很好地保存了太陽系早期的資料，尤其是那些可能和地球上的生命誕生有關的資料——這就是現在天文學家對彗星這麼感興趣的主要原因。所以簡單來說，探測彗星可以幫助我們回答「我們從哪裡來」這個困擾人類千年的大問題。這枚探測器也就因此形象地被命名為「羅塞塔」—— 一塊對破譯古埃及的象形文字起到巨大作用的石碑。而準備登陸彗星的登陸器「菲萊」，則得名於配合羅賽塔石碑進行比照研究的「菲萊」方尖碑。［2014年8月9日訂正：「菲萊」登陸器並非得名於發現羅賽塔石碑的小島，而是得名於和羅賽塔石碑進行對照研究的菲萊方尖碑。羅賽塔石碑發現於瀕臨地中海的羅賽塔城（如今稱為拉希德，Rashid），而菲萊方尖碑發現於埃及南部的菲萊島。感謝果殼網友@你這是自尋箱子 指正。］

長城上空的 Lovejoy 彗星（ C/2013 R1），章佳傑攝於2014年1月12日。圖片來源：夜空中國

在所有彗星中，天文學家最感興趣的要數「木星族彗星」了。木星族彗星是指受到木星引力影響的彗星，這些彗星距離太陽最遠處都在木星軌道附近，公轉周期在20年以下。「楚－格」彗星就是一顆木星族彗星。在撞擊地球的彗星中，木星族彗星可能佔據高達90%以上^[3]，它們對地球有著舉足輕重的影響。

此外，木星族彗星還有一個優點：因為它們距離太陽總是不太遠，水冰及其他揮發性物質會消耗得很快，平均壽命一般不會超過一兩千年^[4]，因此我們現在能觀察到的木星族彗星，一般都是最近才從太陽系外圍被「請」進來的—— 一兩千年在天文學上簡直連一瞬間都算不了！所以，這些彗星幾乎肯定是「假一賠十」的「新鮮」。

人類目前實施過空間探測的彗星，除了哈雷彗星以外，全是木星族彗星。不過，以前的彗星探測器大多是「眼看手勿動」，大多僅是近距離飛掠；相對來說比較「出位」的「星塵」號（Stardust）也不過是捕捉了一些彗星噴發的小顆粒便返回地球，「深度撞擊」號（Deep Impact）只是在彗星上炸了個大洞，充其量只能算是「聞了聞」這些「冰淇淋」的味道。

「羅塞塔」號不僅將環繞彗星運行一年多，觀察彗星接近太陽時「被撩起」的全過程，還將釋放「菲萊」號登陸器，登陸彗星表面採樣鑽探，可以算是人類歷史上第一次要「嘗嘗」彗星的味道。

順帶一提，木星族彗星還和目前天文學界一個大謎題有關：我們身邊有多少近地小行星是那些耗盡了揮發物質的彗星核呢？因為這些小行星內部深處仍然可能埋有水冰，它們數量的多寡可以左右我們對地球歷史的知識。天文學家們通過觀測認為，B型和C型小行星中或許混有相當數量的這些「死彗星」，甚至可能高達20%^[5]。

不少小行星雖然看上去既沒有彗發也沒有彗尾，卻運行在典型的木星族彗星形軌道上，或許可以為天文學家的論斷提供佐證。目前已經拍板的兩個小行星探測任務——美國的「歐西裡斯大君」（OSIRIS-Rex）計劃和日本的「隼鳥2號」計劃——將分別前往101955號小行星「不死鳥」（B型）和162173號小行星（C型）進行取樣返回。我國正在籌備中的小行星探測任務的潛在目標——175706號小行星，也是一顆B型小行星。

目前彗星的空間探測呈現美日歐三足鼎立的格局，俄羅斯在蘇聯時代也曾佔據一席之地。除了美國的「輪廓線」任務（CONTOUR）之外，所有的探測任務都取得全部或部分成功。其中最可圈可點的應該是1986年的「國際哈雷彗星聯隊」，美國、日本、歐洲和蘇聯共發射了6枚無人探測器，前往探測這顆在人類歷史上最鼎鼎大名的彗星。順帶一提，這次跨越國界的聯合項目既是蘇聯最後一次，也是日本第一次行星際探測任務，日本從此登上深空探測的國際舞臺。

「羅塞塔」拍攝的67P「楚－格」彗星的局部細節，攝於2014年8月6日。圖片來源：ESA

在「羅塞塔」入軌之前一周，剛好是第一次世界大戰開始的百年紀念日。100年前水火不相容的歐洲，100年後卻能團結一致，為人類對大自然的認識添磚加瓦，恰恰應了那個老得不能再老的道理：科學無國界。雖然中國並未直接參與「羅塞塔」號任務，但據我了解，將有中國天文愛好者加入全球聯合觀測網，和「羅塞塔」號探測器一道對「楚－格」彗星進行觀測，幫助我們更好地回答許多與彗星有關的謎團。

在經過10年的等待之後，大戲要開演了。請各位屏住呼吸，拭目以待，我們有可能就要弄明白為什麼我們現在能坐在這裡玩電腦了哦。對了，圈上2014年11月11日，那是擬定的「菲萊」號登陸彗星的日子。雖然偷菜現在好像已經過時了，不過至少到時我們就知道彗星上也有菜了…… （好吧，那是菲萊，勒挨萊，不是菜，不過能怪我嗎，一看到這個名字我就餓！）

參考文獻

1. Fernández, Julio A. (2006). Comets.
2. Martins, Zita, Price, Mark C., Goldman, Nir, Sephton, Mark A., Burchell, Mark J. (2013). Shock synthesis of amino acids from impacting cometary and icy planet surface analogues. Nature Geoscience.
3. Stokes, G. H., Yeomans, D. K., Bottke, W. F., et al. 2003, Report of the Near-Earth Object Science Definition Team, 21
4. Emel』yanenko, V.V., Asher, D.J., Bailey, M.E. (2004). High-eccentricity trans-Neptunian objects as a source of Jupiter-family comets. Mon. Not. R. Astron. Soc., 350, 161-166.
5. Binzel, R. P., Perozzi, E., Rivkin, A. S., Rossi, A., Harris, A. W., Bus, S. J., ... & Slivan, S. M. (2004). Dynamical and compositional assessment of near‐Earth object mission targets. Meteoritics & Planetary Science, 39(3), 351-366.

延伸閱讀

 

原文發表於 葉兒山 ，轉載有改動。（編輯：Steed）