我们从征服的彗星中学到的10件惊人的事情

趣事奇闻 2022-12-09 10:43:34

罗塞塔飞船绝对是一个奇迹。由欧洲航天局 (ESA) 委托并发射的这个勇敢的探测器完成了任何人造物体中最令人惊叹的旅程。

菲莱在 Churyumov-Gerasimenko 彗星上的着陆是 40 多年计划和 10 年完美编排但仍然令人难以置信的紧张太空旅行的结晶。该飞船绕地球飞行了 3 圈,绕火星一圈,休眠了 31 个月,最终降落在一块4 公里宽(2.5 英里)的岩石上,该岩石以每小时 135,000 公里(83,000 英里)的速度穿过太空. 超级英雄是存在的,他们在 ESA 工作。

1、CG 显示木星在行动

木星是一颗巨大的行星,它的引力影响整个太阳系。这颗气态巨行星不断扰动彗星的轨道,使它们冲向太阳、进入太空,有时甚至冲向我们。

柯伊伯带是海王星后方的一大块冰冷岩石,为木星提供了充足的弹药。人们认为 Churyumov-Gerasimenko 起源于这条彗星带,因此 CG 和它的同类彗星被称为木星家族彗星。这些短周期彗星的轨道周期约为 20 年(CG 的轨道周期为6.6 年)。他们定期进入太阳系内部,使其成为完美的探索目标。

太阳系内大量的彗星使它们在某种程度上可以互换,而当前的 CG 任务实际上是一个备份计划。罗塞塔原本打算与一颗名为 46/P Wirtanen 的类似彗星会合,但由于 Wirtanen 飞速驶过,计划延误迫使其改变了计划。

虽然我们知道木星喜欢欺负小家伙,但彗星 CG 让我们能够以前所未有的细节看到它的发生。CG 远离太阳,保持惰性,因此我们看不见。但它的飞行计划因木星的引力而大大改变,它被送到离太阳很近的地方。在接下来的几个月里,它将在到达近日点时开始蒸发。

2、彗星在歌唱

Churyumov-Gerasimenko 正在发生令人毛骨悚然的事件。当 Rosetta 在 8 月接近 CG 进行首次见面会时,它的磁力计接收到彗星发出的奇怪噪音的杂音。超过人类听力的极限,一系列被称为Rosetta Plasma Consortium的仪器测量了 40-50 mHz 频率的不一致。

天文学家对 CG 的歌声感到惊喜,因为他们没想到会发现这颗彗星在高声吟唱。确切原因尚不清楚,尽管它似乎是彗星、气体和太阳之间磁相互作用的结果。

首先,从彗星流出的汽化冰被太阳的紫外线辐射电离。电离的云现在充满了带电粒子,形成了一道屏障来抵御放射性太阳弹片的阵雨,即太阳风。这些振荡是由彗星几乎不存在的大气层中的磁摩擦和电摩擦引起的,可能会导致罗塞塔观测到的奇怪噪音。

3、有史以来最长的跳跃

由于部分失败的着陆和微小 CG 的引力缺陷,菲莱着陆器完成了历史上最长、最慢的跳跃。在亲吻表面后未能将自己鱼叉固定到位,它几乎从彗星上弹回太空,在其围绕内行星的历史性 10 年旅程之后勉强避免了最严酷的命运。

从好的方面来说,菲莱设法获得了一些主要的空气——从表面弹起 1 公里(0.6 英里),大约是彗星长度的 25%。在着陆器最终停在岩石露头脚下的阴影区域之前,这次跳跃之后进行了第二次较小的跳跃。受 CG 弱引力的控制,菲莱在这种非自愿的运输中被困了将近两个小时,然后才永远安顿下来。

不管发生了什么看似灾难性的并发症,菲莱的仪器都没有受到任何重大损坏,着陆器完成了大约 90% 的任务目标。如果有的话,计划外的跳跃是因祸得福。

首先,天文学家能够目睹撞击激起的一缕尘埃。这使我们获得了有关表面成分的更多数据。

此外,跳跃可能确保了菲莱的长期生存。如果它名义上着陆并固定在预定地点,持续的阳光照射可能会在几个月的时间里炸毁它的电路。然而,在阴影中休息后,随着彗星越来越接近太阳,它可能能够利用足够的太阳能来恢复自身,时间可能是在 2015 年春天。而且由于菲莱只需要相当于几节 AA 电池的电量果汁重新启动,我们有充分的理由保持乐观。

4、巨大的悬崖

CG有一些巨大的悬崖。如前所述,CG 的长度和宽度只有几英里,因此罗塞塔十字准线中1 公里高(0.6 英里)的悬崖大约是整个彗星大小的四分之一。为了进行比较,想象一下地球上的山脉延伸到太空数千英里,并考虑到珠穆朗玛峰相对不起眼,只有 29 公里(5.5 英里)高。

业余天文学家斯图尔特·阿特金森 (Stuart Atkinson) 在仔细阅读 ESA 发布的图像时注意到了雄伟的山峰,裁剪了一张 CG 山地特征的照片,以突出显示与任何多色星云一样令人印象深刻的陡峭、令人眩晕的悬崖面。NASA 正式同意,并于 12 月 23 日授予阿特金森“每日天文图片”荣誉称号,以表彰他的辛勤工作。

原始快照是从 20 公里(12 英里)的距离从 Rosetta 的 NAVCAM 拍摄的四张不同图像的合成。在放大并进行一些裁剪后,阿特金森将悬崖的所有崎岖荣耀都隔离开来,与无星的黑色形成鲜明对比,似乎显得更大了。

悬崖脚下的巨石群同样令人印象深刻。它们的体积也相当大,因为有些石头的直径超过 18 米(60 英尺),尽管它们只是在微弱的重力作用下轻轻锚定,重量比人们想象的要轻得多。事实上,你可以从那千米高的悬崖上纵身一跃,安全降落在悬崖底部,而不会扭伤脚踝。

5、它看起来像一只鸭子

我们不知道为什么这颗彗星看起来像一只橡皮鸭。这似乎很难相信,但直到该彗星着陆前一个月,天文学家才知道 CG 是什么样子。因此,想象一下 7 月任务控制中心看到一只模糊的橡皮鸭回瞪着他们时的惊讶,当时罗塞塔终于离得足够近,可以拍下它安排好的伙伴的一些照片。

CG 的双叶配置比找到一颗圆形、无聊的彗星要好得多,它为天文学家提供了更多值得思考的东西。例如,它是如何形成的?这是不确定的,但这里有一些可能的情况。

首先,一次虎头蛇尾的低速撞击将两颗彗星塑造成一颗块状超级彗星。或者,CG 可能是一颗难以想象的圆形彗星,来自某个巨大天体(如木星)的引力将其扭曲变形。或者 CG 可能是一块更大的冰块,大部分都消失在太空中,留下一个形状奇特的核心。进一步的分析有望揭示 CG 是一个单一的扭曲物体还是宇宙碎片的混合物。

6、关于地球水的起源

据信,彗星 CG 是巨大碎片场的原始遗留物,最终合并成太阳、行星和我们。因此,它提供了遥远过去的化学快照,其组成材料是原始太阳系组成的线索。

CG 还包含冻结的水,这可以帮助我们回答长期以来关于地球上水的起源的问题。通过质谱法,天文学家可以窥视天体以确定其化学成分,许多彗星和小行星都经过了这种处理。

氢有几种类型——除了普通氢,还有氘,一种带有额外中子的重氢同位素。通过分析两者之间的比率(D/H 比率),天文学家可以查明水样的来源。

彗星 CG 上的水与地球上的水不匹配。非常令人惊讶的是,在大多数其他彗星上也没有发现雪泥。在分析的 11颗彗星中,只有1 颗彗星含有与地球相似的水。另一方面,小行星带的成员被发现含有地球水,尽管数量很少。这表明木星家族彗星(以及一般的彗星)与地球的水含量无关。CG 也有可能比我们想象的更具有异国情调。

7、CG 闻起来很糟糕

我们的大部分感官在太空中都是无用的,所以我们很少停下来想知道行星和彗星闻起来像什么。但现在,罗塞塔在使用它的两个质谱仪作为嗅觉器来嗅出 Churyumov-Gerasimenko 核周围的气体斗篷后,至少可以回答其中一个问题。

说彗星 CG 闻起来像垃圾是一种赞美——从 CG 中渗出的气体散发出几乎所有人类已知的基本气味。硫化氢使 CG 呈现出臭鸡蛋的色彩。甲醛增加了死亡的气味。甲烷和氨结合形成猫尿和马粪的双重气味。二氧化硫使彗星散发出浓烈的醋味,其他几种化合物也构成了整体的污秽本质。

欧空局对调查结果感到有些惊讶。以 CG 目前与太阳的距离,人们认为只有一氧化碳和二氧化碳会被释放,因为其他一切都将保持冻结状态,直到近日点临近。除了让我们感到恶心之外,CG 的气味特征(通过光谱分析观察到)可以为彗星的起源提供线索。

8、令人惊讶的颜色

Churyumov-Gerasimenko 在大多数图像中可能看起来是苍白的、灰蒙蒙的灰色,但这只是一种错觉。上面显示的图像是彗星所有红棕色光彩的“真彩色”渲染图。但是等等——这也是虚幻的,因为 CG 不会在任何靠近其附近的地方出现那么明亮和多彩。

只有当彗星被纯白光照射时,栗色才会可见。实际上,它只是在较暗的空白空间背景下的黑色污迹,直到它越来越接近太阳并在脱落层时长出一条尾巴。现在,这颗无尾、惰性的彗星几乎看不见了。

然而,罗塞塔的主要成像仪 OSIRIS 最近发布的照片显示了这颗彗星的全单色光彩。快照是通过合并使用红色、绿色和蓝色滤镜拍摄的三张图像生成的。结果是我们见过的最灰色的东西之一,其表面几乎没有颜色变化。与其家族中的其他彗星一样,CG 非常黑暗——根据 OSIRIS 的首席研究员 Holger Sierks 的说法,它几乎像煤炭一样黑。

尽管在 Churyumov-Gerasimenko 上收集了所有数据,但其中很大一部分仍然是个谜。尽管罗塞塔号在 8 月到达了这颗彗星,但它的南半球仍然是未知的,并且很可能会一直保持这种状态,直到它离太阳更近一些。这似乎不太可能,但这颗彗星的自转轴相对于其轨道平面是倾斜的,因此南极几个月来一直处于黑暗之中。

罗塞塔成功地拍到了彗星漆黑的一面,尽管这只是来自从彗星流出的尘埃粒子上舞动的反向散射光。稀疏的阳光揭示了彗星黑暗面的一小部分,尽管景观难以区分。ESA 认为这个隐藏的一面是最有趣的,因为它在很大程度上受到了彗星活动的影响。

9、比我们想象的更难

ESA 的 Philae 着陆器具备防污能力。非常令人兴奋的SD2 系统负责刺穿彗星的外壳并将样本分发到内置化学实验室套件和 20 多个烤箱。使用效率比您家中的钻头高 100 倍的钻头钻入地壳 23 厘米(9 英寸),有望获得彗星材料的原始样本。

可悲的是,由于“菲莱”号经历了一次艰难的着陆并最终落在了错误的地方,因此钻探并没有像欧空局希望的那样进行。由于菲莱的处境岌岌可危,手术几乎被取消。一条腿像狗在树上标记一样悬在空中,激活钻头可能会将其推向更糟糕的位置。

但钻探确实开始了,根据德国航空航天中心 (DLR) 的一份报告,这颗彗星是“一个难以破解的坚果”。目前尚不清楚钻头是否能够返回活样本,但检测到有机分子在 CG 极度稀薄的大气中循环。

然而,该程序还远未失败,因为它产生了一些令人惊讶的结果,包括地壳的弹性,因为 ESA 预计地面会松软。这颗彗星还被发现富含水分,大量的冰被锁在它的范围内,而不是冷冻的、富含气体的混合物。

10、它还拍摄了两颗小行星

在前往 Churyumov-Gerasimenko 彗星的 10 年旅程中,罗塞塔号宇宙飞船遇到了几个宇宙散乱者。2008 年 9 月 5 日,它飞越了小行星斯坦因,并拍下了这颗几英里宽的小行星的快照。Steins 显示出许多过去撞击的迹象,并且有一个几乎覆盖其表面一半的陨石坑。它是如此闪亮,以至于被称为“天上的钻石”。

2010 年 7 月 10 日,小行星 Lutetia(如上图)在距离探测器近 3,200 公里(2,000 英里)处嗡嗡作响。Lutetia 的直径超过 100 公里(60 英里),坑坑洼洼。伤痕累累的地貌表明 Lutetia 已有超过 34 亿年的历史,可能是我们太阳系诞生时留下的一块碎片。Lutetia 的表面还有数百个奇怪的凹槽,这些特征以前只在火星的卫星 Phobos 以及其他两颗小行星上发现过。

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