太阳系探测:不断改写教科书

太阳系探测:不断改写教科书

2011年是太阳系探测的“红火”年，无论是探测对象，还是探测内涵部上了一个台阶。尤其是美国树立了典范：探测任务变得很快、很稳、很超前；技术上从极致到规模，从单一到通用；载人火星计划不仅仅是口号，美国已经有实实在在的行动。

“圣杯”号开启月球重力场研究

从今年3月开始两个“圣杯”号探测器将在距月球表面约55千米的轨道上以60千米～225千米的间距运行。受月球重力的影响，二者的距离将不断发生变化。科学家通过测量月球重力场对探测器间距的细微影响，绘制出月球重力场详细分布图，将其与月球山区、撞击坑以及盆地等地貌特征结合起来，可以推算出月球从外壳到内核之间的情况，帮助重建月球的演化过程，确认月球内部构成，进而推进关于地球等太阳系内岩石类行星形成原因的科学研究。探测器的任务期约90天，任务完成40天后，两个探测器将撞向月球表面。

点评：“圣杯”号任务会让人联想到“GRACE”任务。2002年，美国发射了两颗专门用来监测地球引力场的“GRACE”卫星。的确，“圣杯”任务就是“GRACE”任务的继承和发展，不但部分工作团队转到了“圣杯”任务，探测仪器也大同小异，个别进行了升级改造。由于月球没有大气干扰，“圣杯”的飞行轨道更低，图像分辨率会更高。从中可看出，美国太空探测计划有很好的连续性。

“好奇”号火星车体验新式降落

“好奇”号携带的探测设备比以往任何火星漫游车更多、更先进，在火星表面的连续行驶能力更强。它将在直径155千米的火星盖尔陨石坑内着陆，展开为期一个火星年(约687个地球日)的探测，其主要任务是查明火星过去或现在是否存在适宜生命存在的环境。

如果一切按计划进行，“火星科学实验室”探测器将于2012年8月到达火星，开始其艰难的6分钟穿越火星大气的降落过程，尝试用一种全新的技术在火星表面降落。进入火星大气过程中，着陆器重心先会短暂改变以获得升力，然后降落伞展开以便精确接近着陆点。在着陆区上空，着陆器将采用“空中起重机”着陆技术由火箭提供动力在空中盘旋，并借助尼龙绳索将漫游车降至火星表面。采用这种着陆技术的原因是，“好奇”号6轮漫游车的大小相当于一辆汽车，重850千克，这么重、这么大的漫游车不宜用降落伞／安全气囊组合体方案，降落伞／安全气囊组合体在勇气号和机遇号中曾用得非常成功。

点评：从1964年起，美国向火星发射了19枚探测器，成功14次。创新是美国保持太空探索领先地位的不竭动力。从“勇气”号和“机遇”号火星车采取气囊软着陆方式，到“凤凰”号火星车反推力软着陆方式，再看“好奇”号“空中起重机”着陆技术，美国航宇局在火星着陆技术上坚持不懈的技术创新和严谨的科学态度。

“福布斯－土壤”火星探测任务失败

在电影《火星宝贝之火星没事》的结尾，火星人飞碟渐渐远去，却远远传出来火星人的声音：明白，再给地球派送21个孩子。火星人怎么登陆地球就那么容易，连小孩都能来当卧底。可地球人登陆火星却很

费劲，连无人探测器轻易部近不了火星的身。从1960年起，苏联俄罗斯向火星发射的记录是19次，成功率为零。

发射后688秒，“福布斯-土壤”探测器与“天顶”火箭分离，进入约206千米×348千米的近地轨道。按照原计划，探测器上的主发动机将启动，并通过多次点火将2个探测器送入飞往火星的轨道。然而，探测器主发动机一直没有启动，未能按照计划实施变轨。在发射现场的俄罗斯联邦航天局局长波波夫金称，导致意外情况出现的原因可能是探测器控制系统发生故障。

点评：目前人类还只能利用火箭进行航天活动，深空探测依然存在巨大的风险，火星更是曾被称为探测器的坟场。风险客观存在，所以不同的是畏难而退，还是积极总结经验，改进技术和管理手段，继续前进，这态度某种程度上也决定了一个国家的航天成就。就这点来看，美国在深空探测上的科学严谨和俄罗斯的愈挫愈勇，都值得我们来学习借鉴。

火星沙丘为何每年都移动

美国科学家利用2005年发射的火星勘测轨道器(MRO)上搭载的高分辨率成像设备(HiRISE)的长期持续监视研究发现：火星上十几处沙丘每年都移动数米。这一发现将改变以前关于火星沙丘活动性的科学认识。过去普遍认为，火星地表的黑色沙丘基本是不移动的。

当火星上发生大风暴时，红色的尘土漫天飞扬，甚至将整个行星表面染成了红色，但是那些黑色的沙丘由于沙粒更大更重，难以被风力搬运。就在不到10年之前，科学家们还认为这些黑色沙丘可能并不能移动，或者它们的移动速度将极为缓慢以至于无法被探测出来。

2004年，“勇气号”和“机遇号”在登陆火星之后同样也探测到沙丘移动的线索。科学家们惊讶地发现一些火星沙粒撞击了火星车的太阳能电池板。他们还注意到火星车驶过之后留下的印痕被移动的沙粒填埋。

但是，并非所有地区的沙粒都会在火星上随风飘动。此次研究中科学家们也发现了一些地区的沙丘观察不到移动现象。可能是因为这里的沙丘沙粒粒径较粗大，或者这里的沙丘已经出现相互胶结。不过科学家们怀疑，这些目前看不出存在沙丘移动现象的地区可能在更长的时间尺度上同样存在移动现象，如火星上可能存在和地球类似的以数十万年为周期的循环。届时火星的黄赤交角角度将出现大的变化，这些因素，再加上火星轨道本身较高的偏心率，将可能极大地改变火星气候，其变化幅度将远超过地球上的类似变化。

点评：这些研究显示了使用高分辨率相机对火星表面进行长期持续监测的重要性。

“信使”号改写水星“历史”

2011年3月18日，美国“信使”号水星探测器经过长达6年半、飞行78.86亿千米顺利进入环绕水星轨道，对其展开为期一年的观测，任务包括确定水星表面成分、探测水星的神秘磁场及勘察水星极地区域是否存在冰。这是自1975年以来，美国航宇局首次对这颗离太阳最近的行星进行探测，也是人类发射的第一个绕水星运行的探测器。

美国航宇局“水手”10号探测器曾于1974年～1975年从水星旁飞过，拍到过一些照片，几十年来，天文学家们一直根据这些照片进行研究。但是，“水手”10号并没有拍到水星全貌，现在，这些空白将由“信使号”来填补。

“信使”号初步观测结果显示，水星不同于太阳系内其它行星，表面分布着火山平原、巨大的陨坑和

大量的硫磺。水星表面陨坑中富含硫磺沉积物，丰度是在地球或月球表层的岩石中发现的10倍。科学家推测，在塑造水星地貌的过程中，火山很可能扮演了重要作用。水星具有两极不均匀的磁场，北部磁场稍强，并且水星表面有一个由远古喷发的熔岩形成的大平原，跨越400多万平方千米，相当于美国面积的一半。

点评：“信使”号的探测揭示了许多与众不同的水星特征，事实证明水星远比我们想像得更加复杂。正如NASA博尔顿局长所说的那样：“NASA的探测计划正在不断改写着我们的教科书。而信使号计划正是我们不断努力扩展人类知识边疆的最好例证。”

“朱N”奔赴“朱庇特”

2011年8月6日，重达4吨朱诺号被“宇宙神”5运载火箭送上天空并飞往木星的旅途中。

木星是太阳系内体积和质量最大、自转最快的行星。木星成分和太阳极其相似，科学家认为它是太阳系最古老的行星，在太阳形成后就已诞生，通过研究木星可以对太阳系的起源有更加深入的了解。

木星拉丁文名字叫朱庇特。古罗马神话中，隐藏在云层之中的朱庇特是众神之王，生性顽劣不羁，只有他的妻子朱诺女神能够看破云层，揭示他的真正面目。美国航宇局寄希望“朱诺”借助最新的仪器，揭开木星云层覆盖下的秘密，进一步研究木星的起源和进化。“朱诺”号木星探测器耗资11亿美元，装有9台探测设备，配备了最新的向量磁力仪、等离子能量探测器、红外成像光谱仪等精密设备，这位“朱庇特”的新伴侣届时将会深入检测木星大气的成分、温度、水含量等信息，分析木星的磁场和重力场，探寻这一星体的深层结构。

点评：“朱诺”亏木星探测器是美国航宇局“新疆界”计划实施的第二个探测项目。从上世纪70年代开始，美国航宇局已有8颗探测器从木星飞过或进入木星轨道，但是，一手资料非常有限，主要是1989年发射的“伽利略”号木星探测器所获得。随着“朱诺”木星探测器发射升空，科学家对木星的探索之旅进一步延续。与“伽利略”号环绕木星赤道工作不同的是，“朱诺”号将进入木星的极地轨道，这更有利于获得木星全球性的探测成果。

“卡西尼”号拍摄土星电闪雷鸣

土星上的闪电暴与地球上的雷暴现象非常相似，但是其强度要更大。闪电暴跨越数千英里，并从闪电中生成电波脉冲，其强度是地球闪电的数千倍。研究人员希望通过跟踪土星气候这些异常现象，进一步获得该行星闪电现象较新的进程变化，以及随着季节的变迁，土星南半球上闪电暴的相应改变。

“卡西尼”机载仪器每10小时40分钟跟踪闪电暴，当土星旋转时观测南半球上的闪光暴现象。业余天文学爱好者也同时从地球上观测土星闪光暴。由于卡西尼摄像仪不能每天跟踪这个闪电暴现象，因而更加突显了业余天文学爱好者观测数据的重要价值。“卡西尼”任务团队一直与全球范围的天文学家保持

沟通和联系。

“隼鸟”号，让日本人笑傲小行星

2011年3月10日，日本宇宙探索局研究小组在国际月球与行星科学大会上公布了“隼鸟”号探测器带回的丝川小行星微粒的初步分析结果，这是首次对外公布隼鸟号采集回的小行星微粒的详细分析与研究成果。

多灾多难，百折不挠，“隼鸟”由此也博得“不死鸟”的尊称。

点评：“隼鸟”是继2006年美国“星尘”号彗星探测器后，第二个离开地球重力圈后重返地球的探测器，而且是人类首次直接获得月球以外天体岩石样本。目前，日本正在研制“隼鸟”2号，目标是C类小行星1999 JU3。届时，一个全新理念的以弹跳方式运动的微型漫游车即将诞生，更为重要的是其搭载的有效载荷将真正实现轻量化。

“黎明”号成为灶神星卫星

2011年7月16日，“黎明”号被灶神星捕获并进入其轨道，成为首个进入太阳系小行星带主要小行星轨道的探测器。

美国航宇局局长博尔登在一份声明中将“黎明”号人轨称作“不可思议的里程碑”。他说，奥巴马总统已指示航宇局到2025年将航天员送往小行星，“黎明”号将为今后登陆小行星搜集至关重要的数据。

点评：灶神星是与地球类似的岩状天体，谷神星则是典型的冰状天体，这两个极不相同的天体竟然可以位于同一个小行星带中，是“黎明”号光顾它们的主要原因。根据2006年8月国际天文学联合会提出的新定义，谷神星已从小行星升格为矮行星。