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奔赴水星——贝皮科伦布号的面前 精选

已有 6027 次阅读 2018-11-4 23:36 |体系分类:科普集锦

 

奔赴水星——贝皮科伦布号的面前

1    引子

20181020日,贝皮科伦布号乐成发射升空。这项使命由欧洲空间局(ESA)与日本宇宙航空研讨开辟机构(JAXA)团结举行,估计颠末七年左右的飞行,于2025年抵达水星,无望进一步展现水星的秘密面纱。

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贝皮科伦布号发射升空

2    去水星干什么

抵达水星后,贝皮科伦布号将展开须要的丈量,目标是研讨水星的物质构成、外部布局、大气层、磁层和演化历史。与水星一样,地球也是一颗行星,这些行星之间既有类似之处,也有本身的特点,我们经过相识其他行星上是什么样子的,将资助我们更好天文解地球为什么是如今如许,这也是大少数行星探测使命的重要目的。凭据官方网站的报道,贝皮科伦布号的重要迷信任务包罗:

1、由于水星是与太阳近来的行星,因而,研讨水星的构成与后续演化历程,有助于展现接近恒星的行星的劈头和演化历程,对太阳系生手星的研讨有紧张的参考意义。

2、水星作为一颗行星,必要研讨它的构成历程,外部布局,地质特性,物质构成,以及水星外貌的撞击坑漫衍。

3、水星基本没有大气层,但仍有外逸层,这次使命将研讨水星大气层的身分与大气活动历程。

4、水星磁层的布局,研讨磁层与太阳风的互相作用历程。

5、水星磁场的劈头。地球磁场源于地球外部有熔融的岩浆,像发电机一样孕育发生磁场。水星外部应该曾经凝结,这次使命将探测水星的磁场是怎样构成的。

6、信使号水星探测器曾经在极地探测到了冰层,这次使命将探测这些挥发物的身分和泉源。

7、对爱因斯坦狭义绝对论举行现实查验。

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图 水星

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月球,外貌也有许多撞击坑

4    水星探测难在那边

水星(Mercury)处于太阳系的内带,属于老手星,也是类地行星之一。在八大行星中,水星最接近太阳。

停止到现在为止,只要水手10号和信使号探测器对水星举行了近间隔的观察。贝皮科伦布号是飞往水星的第三个探测器。

人类对水星的存眷水平,显着低于火星、月球、金星、木星和土星等星球。重要缘故原由一方面在于有的迷信家以为水星探测的迷信代价不大,另一方面是由于水星接近太阳,航天探测的难度比力高。

水星的质量和引力较小,轨道器要完成围绕水星,只必要较低的飞行速率即可。但是,在太阳引力作用下,水星探测器将情不自禁地加快,这个抵牾对水星探测器的丈量与控制提出了较高的要求。要是要在水星上着陆的话,由于水星基本没有大气,着陆器无法经过氛围阻力或下降伞加速。

5    几经推延,终于比及花开

贝皮科伦布号原方案20124月发射,估计颠末4年零两个月的行星际巡航抵达水星。后推延到2013年8月发射,估计于2019年8月抵达水星。结果贝皮科伦布号得发射工夫又频频推延,直到201810月才发射。

深空探测使命大多历时很长,贝皮科伦布号从上世纪90年月开端酝酿,到终极完成发射,历时20多年才得以成行。要是比及迷信探测数据传回地球,一些人曾经退休,一些人乃至曾经脱离人间,整整一代人曾经已往了。这就必要迷信家真的对此怀有浓重兴味,才气云云恒久服从。

贝皮科伦布号除了两个轨道器外,迷信家原来还方案开释一个着陆器到水星上,完成人类航天器初次登岸水星。但遗憾的是,由于经费预算受限,以及技能难度宏大,已经方案的水星着陆器(MSE)曾经被取消了。

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  装置和检测中的贝皮科伦布号

6    为什么是欧洲和日本互助

20世纪90年月以来,一些兴旺国度开端提返航天器探测水星的方案。1995年,在欧洲空间局制定的20年航天计划中,就曾经把水星探测放在非常紧张的职位地方。尔后,欧空局和日本团结提出了贝皮科伦布号(BepiColombo)水星探测方案,方案对水星睁开为期1年的迷信探测。

贝皮科伦布号固然是一次使命,却由两个航天器构成。此中,欧空局卖力水星轨道器(MPO),这是一个三轴稳固的航天器,卫星在围绕水星的轨道上运转,装备11台迷信仪器,星下点指向水星外貌。

水星轨道器上的迷信仪器,包罗照相机、光谱仪(笼罩红外、紫外、X射线、伽玛射线、中子等探测波段)、辐射计、激光高度计、磁强计、粒子剖析仪、Ka波段应对器和加快度计。此中,十台仪器由欧空局成员国的科研机构卖力研制,一台仪器由俄罗斯提供。

日本宇宙航空研讨开辟机构卖力水星磁层轨道器(MMO),这是一个自旋稳固的航天器,装备五台迷信仪器。

水星磁层轨道器上的迷信仪器,包罗磁强计、离子光谱仪、电子能量剖析仪、冷高能等离子探测仪、等离子波剖析仪、照相机。这些仪器由国度赞助下的科研机构卖力研制,此中一台来自欧洲,四台来自日本。此中,欧洲方面临日本的迷信仪器研制也做出了紧张孝敬。

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贝皮科伦布号探测器

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贝皮科伦布号的探测轨道。图中赤色近圆形轨道为水星轨道器的预定轨道,而黄色椭圆轨道为水星磁层轨道器的预定轨道。

贝皮科伦布号探测器利用太阳能电力推进体系,在从地球飞向水星的历程中,可不停推进探测器,大大淘汰了化学燃料的利用,低落了发射时的分量。这是初次在大型深空探测使命中利用这种推进体系。

7    稀罕的探测器名

各人曾经听风俗了猎奇号、勇气号、机会号、卡西尼号、新视野号这些探测器的名字,这颗水星探测器的名字听起来比较生疏了。

贝皮科伦布号因此意大利帕多瓦什么可以发财致富的贝皮•科伦布传授(1920-1984)的名字定名的。这是一位极富想象力的数学家和工程师。他是第一个发明水星存在轨道共振的迷信家,他发明,水星自转三圈的时间,恰好绕太阳两圈。他还向美国国度航空航天局发起,使用金星的引力弹弓效应,把水手10号航天器放到太阳轨道上,从而使水手10号在19741975年间完成了三次飞越水星,让我们得以见地水星的真面貌。

为怀念贝皮•科伦布的迷信成绩,1999年在意大利那不勒斯举行的集会上,欧空局迷信方案委员会决议,将他们的水星探测器定名为贝皮科伦布号。

8    信使号水星探测回首

信使号MESSENGER)是水星外貌、空间情况、地球化学与测距MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging)的英文缩写,而水星在希腊神话里本便是天主的信使。信使号200483在美国卡纳维拉尔角发射场发射,借助地球、金星和水星的引力,2011年进入水星轨道对其举行探测。

信使号探测器围绕水星的运转轨道是高偏爱率的大椭圆轨道。间隔水星近来点为200 km,最远点为15193 km。信使号轨道面偏离水星赤道面80°,在近水点相近可以对水星外貌和地质环境举行探测。信使号使命探测了水星外貌的化学身分、磁场特性,研讨水星的地质历史;对水星内核的大小和形态举行了探测,还探测了水星极地挥发份储量,特殊是发明了水星的极地存在水冰;别的,信使号还对水星的逃逸层和磁圈举行了丈量。

9    卡路里盆地的新发明

上世纪70年月以来,关于水星外貌的火山运动及其在水星地质演化历史中的作用,不停是迷信界争论的核心。一些迷信家以为火山运动对水星地质演化的影响基本可以纰漏,另一部门迷信家则以为,火山运动对水星的地质演化孕育发生极端宏大的影响。

卡路里盆地是水星上一个宏大的撞击盆地,直径约为1550千米,大抵相称于北京到福州的直线间隔,也是太阳系中最大的撞击盆地之一。

联合水手10号与信使号的探测数据,现在曾经可以基本重修整个卡路里盆地的地质历史。卡路里盆地构成于太阳系构成后的前10亿年,约莫为38亿年前,其时,少量的小行星撞击水星、火星、月球等类地行星,是一个庞大撞击非常麋集的期间。与月球上的月海盆地一样,紧随着宏大撞击变乱之后,是非常活泼的火山喷发。火山喷发孕育发生的岩浆流添补了宏大盆地的外部,构成了卡路里盆地中颜色绝对较浅的赤色物质(上图)。盆地内的其他小型撞击坑,则是在岩浆添补之后才撞上去构成的。信使号还拍到卡路里盆地内一处有斜坡的大型火山,迷信家以为这是盾状火山,直径约莫95 千米

信使号还发明了卡路里盆地中的一种特别地形:一处直径约800高的洼地四周,有上百条向外辐射的裂纹,从空中看去犹如一只耀武扬威的百足蜘蛛,这种地形从未在太阳系其他行星上发明过。迷信家把这种地形定名为蜘蛛地形揣测以为大概是火山喷发的渣滓遗址,蜘蛛腿大概是水星上到处可见的山脊。

水星的体积固然远小于月球,但火山喷发对地质演化的影响却宏大于月球。因而,火山运动对水星来说影响极为深远,意义也分外庞大。信使号探测数听说明,距今38亿年至40亿年之间,水星已经有过猛烈的火山喷发,范围乃至笼罩整个水星,连续工夫较长,大范围的火山喷发运动,塑造了当今水星的重要地形地貌。6597311659215777242.jpg

图 水星外貌的撞击坑

10  水星上竟然有水

在信使号2008114第一次飞越水星时期,间隔水星外貌近来只要约200千米。使用信使号上搭载的双重成像体系,拍摄了约莫20%的水星外貌,这些中央从未被航天器拍摄过,拍摄图像的清楚度大大凌驾了上世纪70年月水手10号所拍的照片。

下图是2008106日信使号探测器第二次飞越水星时拍摄的,其时两者相距约莫2.8万千米。从信使号传回地球的照片看,水星表面有点像西瓜。

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信使号还惊人地发明,水星离太阳这么近,温度这么高,它的逃逸层竟然另有少量的水。同时,信使号发明了水星大概存在液态内核的一些证据,发明水星的磁场仍然活泼,还发明一块非常富厚的等离子体云被在水星的磁场中。这些发明极大地转变了人类对水星的已有了解。作为厥后者,信使号的这些发明也为贝皮科伦布号的探测目的设计奠基了底子。

延伸阅读:水星的轨道共振

水星离太阳的间隔在0.3075~0.4667地理单元(4600万千米~6982万千米)之间变革,均匀间隔为0.579×l08 千米0.38地理单元),而地球是1.5×l08 千米1地理单元)。水星绕太阳公转轨道的偏爱率较大,0.2056,故其轨道很扁。水星的轨道面与黄道面之间的倾角为7.00487度。在太阳系天体中,水星的轨道偏爱率和倾角是全部行星中最大的。

由于水星在克日点时总以统一经度朝着太阳,在远日点时以相差90°的经度朝着太阳,以是水星随着经度差别而呈现季候变革。

水星在轨道上的均匀活动速率为每秒48千米,是太阳系中活动速率最快的行星,是地球公转速率的四倍多。水星绕太阳运转一周只必要87.969天。除公转之外,水星自己也有自转。已往以为水星的自转周期该当与公转周期相称,都是88天。1965年,美国地理学家利用安置在波多黎各阿雷西博地理台的、当当代界上最大的射电望远镜测定了水星的自转周期,结果并不是88天,而是58.6462,恰好是水星公转周期的23。也便是说,水星绕日运转2周(2个水星年),则相应自转3周(3个水星日)。其结果,产生了水星的3(从日出到下一越日出的一个昼夜,约176个地球日)相称于水星的2年(也是176天)的奥妙征象。




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