太空史詩般的冒險：羅塞塔號的歷程與發現
我想帶你們進入羅塞塔號（羅塞塔號彗星探測器是歐洲空間局組織的無人太空船計劃，主要任務是探索46億年前太陽系的起源之謎，以及彗星是否為地球「提供」生命誕生時所必需的水分和有機物質。）史詩般的探險中去。護送這個探測器在一顆彗星上著陸，是我過去兩年以來的熱情所在。為了實現這個目標，我需要向你們解釋關於太陽系起源的一些東西。
讓我們回到45億年前，有一個充滿氣體和灰塵的雲團。在這個雲團的中心，我們的太陽在那裡形成並燃燒。與此同時，那些現在被我們稱為行星、彗星和小行星的天體也形成了。隨後，根據理論，在地球形成並且溫度開始降低了一些的時候，彗星極大地影響了地球，並向地球輸送了水分。它們可能還向地球輸送了複雜的有機物質，而那有可能誘導了生命的出現。你們可以將這一過程與完成一個250塊的拼圖相比，而不是完成一個2000塊的拼圖。然後，像木星和土星這樣的大行星，它們當時並不在今天所處的位置，它們會通過引力相互作用，並將整個太陽系內部打掃乾淨了，而我們現在稱為彗星的天體，最終到了一個叫做「柯伊伯帶」的地方，這是一個海王星軌道以外的天體聚集帶。有時這些天體會相互碰撞，並且發生了重力轉移，木星的引力隨後將它們拉回了太陽系。然後它們就變成了我們在天空中所見到的彗星。
需要注意的重點是，在此期間，這45億年間，這些彗星一直安坐在太陽系之外，並且從沒變過——深沉、凍結版的太陽系。在空中，它們看起來是這樣的。我們通過它們的尾巴認識它們。這裡事實上有兩條尾巴。一條是塵埃尾，是被太陽風吹出來的。另一條是離子尾，是帶電粒子，它們受太陽系磁場的影響，可以看到慧發，還有慧核，小到幾乎看不見，但是你們要記住在羅塞塔號的案例中，太空飛行器就在那個中心像素上。我們距離這顆彗星只有20、30、40千米。那麼哪些是關鍵點呢？彗星中含有來自太陽系形成時的原始物質，因此它們是用來研究地球和生命起源時所出現的成分的理想對象。彗星還很可能帶來了那些引發了生命起源的元素。
1983年，歐洲航天局開始了長期的地平線2000計劃（ESA最初於1984年引入該計劃，並打算涵蓋1995-2007年。曾經有四個主要的「基石」任務，羅塞塔彗星任務為最後一個任務），它包含了一個基礎項目，這是一個造訪彗星的任務。同時，有一個小的造訪彗星的任務，就是你們在這裡看到的喬託號，啟動了，1986年，它與其它太空飛行器組成的艦隊飛經了哈雷彗星。那次任務的結果清晰地表明，彗星是用來研究太陽系的理想天體。因此，1993年，羅塞塔任務被批准，最初它被設定在2003年發射，但是後來由於阿里亞娜火箭出現問題而被取消。
然而，我們的公關部門，充滿熱情，他們已經製作了1000個代爾夫特藍色瓷盤，並印上了那些錯誤的彗星名字。因此從那以後我沒有買過任何的瓷器。這是積極的一面。在所有的問題被解決之後，羅塞塔在2004年離開了地球，飛向重新被選定的彗星，丘留莫夫·格拉西緬科彗星。這顆彗星是被特別選中的，因為首先，你得能夠到達它所在的地方，其次，它沒有在太陽系待太長時間。這顆特別的彗星在1959年進入太陽系。那是它被木星偏轉後第一次來到太陽系，因為它跟太陽的距離近到足夠讓它發生變化。所以這是一顆非常新的彗星。羅塞塔取得了很多歷史性的突破。它是首個進入彗星軌道的人造衛星，並且伴隨彗星走過了它的整個太陽系之旅——到達了距離最短的近日點。
然後重新離開太陽系。這是第一次有太空飛行器在彗星上著陸。我們實際上在羅塞塔號上使用了一些通常不會在其他太空飛行器上使用的彗星軌道環繞技術。通常，你們看看天空，就會知道方位和坐標。但是在這個案例中，那還不夠。我們通過觀察彗星上的地標來導航。我們辨別那些特徵——卵石、環形山——然後我們就知道我們處在彗星上對應的那個區域。當然，這也是第一次使用太陽能電池飛躍木星軌道的太空飛行器。這聽起來比事實更稱得上是壯舉，因為那時放射性同位素熱電機的技術在歐洲尚未得到應用，所以當時別無選擇。
但是這些太陽能電池板很大。這是它的一個側翼。這些可不是特意挑選的矮小的人。他們是跟你我一樣的正常人。我們有兩個這樣的側翼，65平米。隨後，當然，我們飛向這顆彗星時，你們會發現揚著一個65平米的帆向一個正在排氣的天體靠近，這並不總是一個便捷的選擇。我們是怎麼到達這顆彗星的呢？因為我們得去一個十分遙遠的地方——去完成羅塞塔號的科學目標。
它是地球到太陽距離的4倍——而且是一個我們用太空飛行器的普通燃料無法達到的速度。因為我們得攜帶六倍於太空飛行器本身重量的燃料。那要怎麼做呢？在一個非常低的高度，大概幾千公裡，經過一個行星時，利用引力的拉扯效應和彈力作用，你就會直接獲得跟那顆行星同樣的繞日運行速度。我們嘗試過很多次。在地球上，火星上 ，然後又在地球上試過兩次，我們還飛掠了兩顆小行星，魯特西亞和斯坦斯。到了2011年，我們已經距離太陽太遠了，
但是如果這個太空飛行器遇到問題，我們就根本沒辦法挽救它了，所以我們進入了冬眠狀態。除了一個計時器，所有的儀器都關掉了。
這裡你們看到白色的是它的軌道，以及運動軌跡。可以看到從一開始的這個圓，這條白線，
我們可以得到越來越多的橢圓，最終我們在2014年5月靠近了這顆彗星，然後我們得開始做會合減速。在途中，我們飛經地球並拍了一些照片以測試我們的相機。這是月球在地球另一側升起，這是我們現在所稱的自拍，順便說一下，那個時候「自拍」這個詞還不存在。這是在火星上， 由彗星紅外與可見光分析儀相機拍攝的。那是著陸器上的一臺相機，它看起來處在太陽能電池板的下方，你們能看到火星和太陽能電池板出現在遠處。當我們在2014年1月從冬眠中被喚醒後，我們開始前進，並在5月份到達了距離這個彗星200萬公裡的地方。然而，這個太空飛行器的速度太快了。我們的時速要比這顆彗星快2800公裡，因此我們需要剎一剎車。我們得做8次減速，可以看到，其中的一些減速幅度真的很大。我們的第一次減速需要將速度降低數百公裡每小時，事實上這個過程花了7個小時，消耗了218公斤的燃料，這也是令人心驚膽戰的7小時。
因為在2007年，羅塞塔號的推進系統出現了一處洩漏，我們不得不關掉了一個分路，因此推進系統是在超出設計能力的壓力下運行的。然後我們到達了這顆彗星的附近，這是我們看到的第一批照片。
這顆彗星真實的自轉周期是12.5個小時，所以這是加速播放的，但是你們肯定能夠理解我們的行動力學工程師的想法，這不是一個容易登陸的東西。我們曾經幻想過它是某種
形狀像土豆一樣的容易登陸的東西。當時我們扔抱著一線希望：
也許它比較平坦。但是事實不是這樣的，它的表面還很粗糙。因此，當時我們迫不得已做出了如下選擇：我們得利用收集到的所有細節去繪製這個天體的地圖，因為我們得找到一塊直徑500米的平地。為什麼是500米？這是我們讓探測器著陸時的誤差。於是我們立即採取行動並繪製出了彗星表面的地圖。我們採用了一種叫做照相測斜術的技術。利用太陽拋下的陰影。有這樣一塊位於彗星表面的巖石，陽光從上面照下來。透過陰影，我們用大腦，可以立刻大致判斷出這塊巖石的形狀。你可以利用電腦編一套那樣的程序，然後覆蓋整顆彗星，
就可以繪製出它表面的形貌圖了。為此，我們從8月份開始沿著一種特殊的軌跡飛行。首先，在100公裡外的地方沿著一個邊長為100公裡的三角形飛行，然後將三角形的邊長改為50公裡，再重複整個過程。那時候，我們已經通過所有的角度觀察過這顆彗星了，我們也可以利用這一技術繪製出整個彗星的表面形貌。現在，到了選擇登陸地點的時候了。我們要做的就是在60天內，通過繪製這顆彗星的形貌圖，來找到一個最終的登陸地點。
我們沒有更多的時間。對比一下，平均來說，火星上的任務需要成百上千的科學家花數年的時間去找到一個登陸地點。但我們只有60天，就那麼多了。我們最終選定了一個登陸點，並且讓羅塞塔號發送菲萊號的指令也準備好了。（2004年歐洲發射了羅塞塔號,它載著菲萊去了宇宙,後來菲萊登陸了,但卻和羅塞塔失去了聯繫,在這茫茫的宇宙中,它們互相等待著消息…還好,後來羅塞塔終於找到了菲萊。）不過前提條件是羅塞塔號得處在空中的正確位置，並且瞄準這顆彗星，因為著陸器是被動的。
它需要被推出並飛向彗星。羅塞塔號得轉過身，以便使它的相機在萊飛離的過程中能對著它，並且能與它進行交流。整個著陸過程花了7個小時。簡單的計算一下：如果羅塞塔號的速度誤差是1釐米每秒，7個小時就是25000秒，那就意味著著陸器登陸彗星時的誤差是252米。因此我們得將羅塞塔的速度誤差精確到小於1釐米每秒，而它在太空中遠離地球5億公裡的位置，誤差要精確到100米以內。那不是一件易事。
讓我快速的介紹一下其中的一些科學理論和儀器。我不會介紹所有儀器的細節，以免你們聽得一頭霧水，但想幫助你們了解一些概念。我們可以檢測氣體，測量粉塵，測它們的形狀和成分，這裡有磁力儀等等有我們需要的一切。對於它本身來說可能不算什麼，但是看看那些尖峰。這就是彗星上的一天。你們可以看到太陽對於氣體蒸發的影響，以及彗星是旋轉的這一事實。這裡有一個點，很明顯地，很多東西都出自那裡，它被太陽加熱，然後在背面冷卻。我們可以看看這裡的密度差異。這些是我們已經測量到的氣體和有機化合物。看得出這是一份令人印象深刻的列表，並且還會有更多更多的東西出現在上面，因為我們還進行了更多的測量。事實上，這會兒正有一個在休斯頓舉行的會議，這些數據在會議上會被展示出來。我們還測量了塵粒。
對於你們來說，這可能沒什麼太大的意義，但是當科學家們看到這個的時候都非常激動。兩顆塵粒：右邊的他們叫它鮑裡斯，他們用鉭去射擊它，以便能夠分析它。我們發現了鈉和鎂。而這也說明了這就是當太陽系剛形成時這兩種物質的濃度，因此我們知道了當行星形成時存在著哪些物質。當然，最重要的因素之一就是成像。羅塞塔號上有的一個相機——奧西裡斯相機——拍攝到的，而這實際上是《科學》雜誌2015年1月23日那一期的封面。
沒有人想到它看起來會是這樣的。大卵石，巖石——相比於其它任何地方，它看起來更像是約塞米蒂的半屏巖。我們還看到了這樣的東西：沙丘，還有在右手邊，看起來像一些被風吹動的影子。我們在火星上發現過這些，但是這顆彗星沒有大氣層，所以要製造一個被風吹動的影子是有點困難的。這可能是局部的出氣，有什麼東西上升然後落下來。我們還不清楚，所以還要進行很多調查。它拍攝的圖片中有兩張同一地點的圖像。有一張，中間有一個坑。還有一張，有三股氣流從那個坑的底部噴出。所以這就是這顆彗星的活動。顯然，這些坑的底部就是活動區域，也是物質蒸發到空中去的地方。
這顆彗星的脖子上有一個非常有趣的裂縫。它有1公裡長，2.5米寬。有些人提出，事實上當我們向太陽靠近的時候，這顆彗星可能會一分為二，然後我們不得不做出選擇，我們要去跟蹤哪一半的彗星？著陸器——也是一樣的，攜帶了很多儀器，除了一些打鑽用的裝置，其他大部分跟太空飛行器上的差不多。與羅塞塔攜帶幾乎一樣的儀器是因為要把太空中發現的物質跟這顆彗星上的做比較。這被稱為「地面實況調查」。奧西裡斯相機拍攝的著陸下降時的圖像。可以看到著陸器離羅塞塔號越來越遠。著陸器在60米外拍的照片，就是在彗星表面60米以上。那個大卵石直徑大約10米。我們在彗星上著陸之前所拍的最後一張照片。大家可以看到從圖中的左下角到中間有三幅著陸器飛過彗星表面時的放大照。然後，在頂部有著陸之前和之後的對比照。唯一的問題就是在著陸後的照片中
沒有出現著陸器。但是你們仔細觀察這張圖像的右手邊，我們看到著陸器仍然在那，
但是它被反彈了。又離開了彗星表面。現在，有點滑稽的是，本來在羅塞塔號的設計中，
它會攜帶一個能反彈的著陸器。但是因為成本太高所以就放棄了。我們已經忘記了這件事，
但是著陸器還記得。第一次反彈期間，在磁力儀上，你們可以看到來自X、Y、Z三個坐標上的數據。半途中，你們可以看到一條紅線。這條紅線表示有變化產生。發生了什麼呢？
很顯然是在第一次反彈期間，著陸器的一條腿在某個地方碰到了一個坑的邊緣，然後著陸器的旋轉速度被改變了。所以我們很幸運是處在當時的位置。這是羅塞塔號拍的標誌性的圖片之一。那是一個人造物體，著陸器的一條腿，站在一顆彗星上。對我來說，這是我見過的
最棒的空間科學的照片之一。未來的任務之一就是要找到這個著陸器。我們知道它應該所處的位置的一些信息。我們還沒能找到它，但是搜索仍在繼續，同時我們也在努力讓著陸器重新工作。我們每天都仔細監聽，希望從現在到4月份的某個時候，這個著陸器會重新開始工作。
我們在這顆彗星上的發現是：這顆彗星可以在水上漂浮。它的密度是水的一半。因此它雖然看起來像一塊大巖石，但實際上不是。去年6到8月間我們看到它的活躍性提高了4倍。當我們靠近太陽時，每秒種將會有100公斤的物質離開這顆彗星：氣體、灰塵等等。1天的話就是1億公斤。
最終，到了著陸的那一天。我將永生難忘——大家都瘋狂了，在德國有250名電視臺工作人員爭相報導。在BBC採訪我的同時，另一家電視臺全天都在跟蹤報導我的工作人員也拍下了我的訪問過程，那種狀況持續了一整天。探索頻道的工作人員在我離開監控室時找到了我，並且提出了正確的問題，我當時激動得流下了眼淚，而那種感覺依舊揮之不去。此後的1個半月裡，每次想到著陸日我都會熱淚盈眶，併到現在那種情緒在我心中仍然存在。我想用這張這顆彗星的照片來結束今天的演講。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
FY: chunhua zhang
作者: TED
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