书城工业技术遥远的使命——空间探测器
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第21章 “信使”号水星探测器

神秘的水星

1973年11月3日,美国发射“水手-10”号探测器,飞越了水星和金星两大行星。这是人类设计的首个执行双行星探测任务的飞行器,也是第一个装备先进摄像系统的水星探测器。1974年3月29日,“水手-10”号首次掠过水星,随后又飞掠水星两次。这三次近距离的观测,拍摄到了1万多张图片。当然,这已经是40多年前的事情了。

水星与太阳的平均距离只有5791万千米。由于水星距离太阳太近,向阳的一面平均温度高达470℃。水星公转速度48千米/秒,公转周期为87.97天。水星自转周期约为58.65个地球日。

太阳系的天体,每一颗都与另一颗看起来非常不一样。一般来说,探测得越多,科学家的意见越统一,可是水星却相反,探测得越多,科学家的意见越不统一。人们对水星的认识几乎为零。水星号称是最神秘的行星。水星的谜底能被揭开吗?

水星,一点也没有它的名字那样温柔。水星的谜团像一团乱麻。水星背面什么样?水星 水星的另一面是什么样子?水星的体积在缩小吗?水星轨道内是否有一群小行星隐藏在炫目的阳光之中?水星的大气来自哪里?人们几乎对这颗行星的很多情况一无所知。

水星靠近太阳的一面有冰吗?在水星最靠近太阳的一面,温度最高超过400℃。这种环境下,有冰存在着实令人震惊。对雷达来说,冰的发射率更高。据地面雷达显示:在水星的极地,永远得不到阳光照射的黑暗的陨石坑深处,可能有结冰的水沉积物存在。“信使”号的科学任务是:在水星上的永远阴暗处——极地陨石坑底部寻找氢。如果能发现氢,就说明这个像地狱一样的世界里发现了冰。

为什么水星有磁性?科学家获得的一个完全出乎意料的发现是:水星有磁场。从理论上来说,行星只有快速旋转和内部拥有熔融核时,才能产生磁场。然而,水星自转一周需要59天,并且它是如此小,大约仅是地球体积的三分之一。科学家猜想,水星的内核应该在很久以前就已经变凉了。为了揭开众多谜团和疑惑,“信使号”将探测水星的磁场。

为什么水星的金属含量如此高?科学家发现:水星的密度极其大。天文学家估计:水星铁含量丰富的内核的重量,可能占整个星体重量的近三分之二。它是地球、金星或火星重量的两倍。这是个令人吃惊的数字。

九死一生的使命

“信使”号探测器是美国国家航空航天局研制的水星探测器。与其他的探测器不一样,它的结构很奇特,携带着“先进武器”。“信使”号探测器除了科学仪器、太阳能帆板、助推器外,它有一把特殊的遮阳伞,用来保护“信使”号免受太阳直射。

“信使”号在科技上无可挑剔,具有持久的生命力。“信使”号携带的科学仪器包括:一部带有广角镜头和窄角镜头的摄像机;伽马射线和中子谱仪;X射线分光计;用于绘制水星磁场、寻找磁化的地壳岩石的磁力计;激光高度计;大气与表面合成分光计;高能粒子和等离子分光计。

“信使”号的天线不是展开式而是固定式的,背向太阳。这样减少了天线受到太阳辐射干扰而与球控制人员失去联系的的可能。各要系统都有备用系统,一旦某系统痪,其备用系统可以接过它的任务。

水星是距离太阳最近的行星。了避免被太阳烤焦,科学家专门为设计了一把遮阳伞。“信使”号将直躲在朝向太阳的遮阳伞内。探测上的科学仪器将远离太阳。遮阳伞陶瓷材料制作,采用了被动热设计这样,探测器就没有必要配备耐高“信使”号首次飞越水星 的电子仪器。“信使”号的装备、器非常先进。美国国家航空航天局望它旗开得胜,马到成功。

“信使”号的使命重大。它的观测将大大提升人类对水星的认识,了解水的过去、现在和将来。2011年前,“信使”号进入围绕水星飞行的椭圆轨道,次飞掠水星。2011年,“信使”号进入围绕水星运行的圆轨道。每次飞掠时距水星表面最近处只有约200千米。这是一个极限高度,再低一点就有可能被水星力吸引而坠落。

“信使”的来信

2004年8月3日,位于美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心,“信使”号探器点火升空。明亮的火焰照亮了洒满月光的夜空,辉映在大西洋上。发射圆满成功,“信使”号开始了6年半、飞行79亿千米的探测远征。它应于2011年左右到达水星,成为第一个进入水星轨道的探测器。

2008年1月14日,“信使”号首次飞越水星。这是人类探测器时隔30多年后再次飞掠水星。“信使”号在飞掠水星的过程中,完成了一系列任务,包括对水星表面进行测绘、测量水星稀薄的大气层、对水星周围的离子进行取样等。“信使”号第一次拍摄到水星全貌,包括水星的背面。2008年7月,“信使”号甚至拍到了水星的火山。水星看上去晶莹剔透,闪闪发光,像镶满宝石和钻戒的艺术品。

“信使”号看到水星地表除了平原,还存在褶皱、断层,高低不平的弹坑地形等多种地形。奇异多变的地形说明了什么呢?

原来科学家认为,水星质量的60%都是铁。但这次观测却发现,水星表面矿物中铁的分布却相对较稀少,而且其地壳和地幔中很可能也一样。这可能与太阳系内的其他行星不同,造成这一现象的原因,还有待“信使”号的进一步探索。

水星的核至少占整个水星重量的40%。“信使”号飞掠水星时发现,科学家十分感兴趣的水星磁场,来自水星外核位置。核的冷却收缩过程为磁场提供动力,而磁场又是水星内部、表面、外层大气和磁气圈之间相互作用的结果。“信使”号解答了科学家的许多关于水星的疑问。

2009年5月,“信使”号探测器在飞经水星上空时,发现了一个大坑洞。大坑的直径约为750千米。天文学家认为:大坑极可能是40亿年前流星等外来物体的撞击形成的。这个水星上最年轻的坑洞被命名为“伦勃朗”。

2011年,“信使”号将进入水星轨道,能更近地探测、观察水星。这颗最神密的行星谜底将能被揭开。