疯狂?“深度撞击号”发射升空几月后撞击彗星

文章作者:bianji3 | 2018-01-12
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      深度撞击号(英语:Deep Impact)是美国国家航空航天局的彗星探测器,设计用于研究坦普尔1号彗星核心的成分。探测器于2005年1月12日成功发射,同年7月3日释放撞击器,并于2005年7月4日05时44分(UTC时间)成功撞击坦普尔1号彗星的彗核,地球在8分钟后接收到撞击事件的发生。

 

     此前针对彗星的太空任务,如乔托号和星尘号都是飞掠任务,仅仅进行拍摄和远距离彗核探测。深度撞击号是第一个激起彗星表面的物质的探测任务。任务引发了公众媒体、科学家和业余天文爱好者的广泛关注。在主要探测任务结束后,深度撞击号被EPOXI任务用于研究地外行星和哈特雷2号彗星。

    2005年的1月12日,“深度撞击”探测器发射升空,6个月后,它在1.4亿公里之外撞击了一颗彗星。

“深度撞击”探测计划任务徽标  来源:NASA“深度撞击”探测计划任务徽标  来源:NASA

  如果有人告诉你这样一个主意:发射一个探测器,追赶1.4亿公里外的一颗直径不到5公里的彗星,然后以每小时能绕地球两圈的超高速撞上去,你觉得如何?

  你会不会觉得这个人疯了? 因为这就相当于从上海发射一发子弹,以接近60倍音速,命中位于北京市中心的10环靶心。

  但这样的事情,发生了。

  2005年的1月12日,“深度撞击”探测器发射升空。

  01

  彗星的本质

宇航员从国际空间站上拍摄的彗星 C/2011 W3 (Lovejoy) 来源:wiki宇航员从国际空间站上拍摄的彗星 C/2011 W3 (Lovejoy) 来源:wiki

  彗星是一类太阳系小天体,按照2006年IAU布拉格会议给出的最新定义,彗星属于“太阳系小天体”中的一类,即围绕太阳运行,但是质量不够大,不能使自身成为球体或者近似球体,且未能清空周围轨道区域。

  彗星是一类云雾状的天体,目前科学界比较主流的观点最早是由美国天文学家惠普尔(Fred L Whipple,1906 – 2004)在1949年提出的所谓“脏雪球”模型。

  该模型认为彗星的本质是水冰,一些有机成分和岩石等物质的混合物,在接近太阳时,易挥发物质升华析出,产生彗尾。

典型彗星结构示意图:包括太阳风作用下背离太阳方向的尘埃彗尾和气体彗尾  来源:wiki典型彗星结构示意图:包括太阳风作用下背离太阳方向的尘埃彗尾和气体彗尾  来源:wiki

  但要想真正弄清楚彗星的本质,最好的方法就是对彗星进行直接探测。在此之前,已经有多个探测器对彗星开展了考察,包括欧洲的“乔托”(Giotto)号探测器,美国发射的“深空一号”(Deep Space 1)探测器以及“星尘”(Stardust)号探测器等等。

  不过,这些探测器都是从彗星附近飞过,尽管获取了彗核高清图像等珍贵资料,但即便如此,科学家们仍然不满意,他们想要亲眼看一看,彗核的内部成分究竟是什么样的?而如果想了解内部成分,那就只有一条路,撞击它!

美国天文学家惠普尔(Fred L Whipple,1906 – 2004), 他提出了著名的彗星“脏雪球模型”   来源:google  美国天文学家惠普尔(Fred L Whipple,1906 – 2004), 他提出了著名的彗星“脏雪球模型”   来源:google

  02

  “深度撞击”!

2005年1月13日,“深度撞击”探测器从卡纳维拉尔角发射升空  来源: NASA2005年1月13日,“深度撞击”探测器从卡纳维拉尔角发射升空  来源: NASA

  2005年1月12日,美国东部时间13:47,一枚德尔塔II型火箭从卡纳维拉尔角发射场腾空而起,搭载着“深度撞击”(Deep Impact)探测器飞向太空。与其他彗星探测器需地面小心操控,以避免探测器与彗星相撞不同,从名字上就能看出来,这艘飞船的设计目的便是要直接撞击彗星!

“深度撞击”任务示意图。可以看到探测器分为两部分:撞击器和母船。此时撞击器已经分离,正向彗星冲去   来源:wiki  “深度撞击”任务示意图。可以看到探测器分为两部分:撞击器和母船。此时撞击器已经分离,正向彗星冲去   来源:wiki

  的确,“深度撞击”是人类历史上第一艘彗星撞击器,它整体包括了两个部分,一个是撞击器,它的任务就是撞击彗星,而另一部分是母船,它的任务则是在撞击器撞击彗星的过程中“拍摄记录现场”。这样做的目的旨在通过撞击的方式挖掘出彗核深部物质并进行观察分析。

  2005年7月3日国际标准时6:00,撞击器与母船顺利分离,朝着坦普尔-1号彗星(Tempel 1)的方向飞去。

  2005年7月4日国际标准时间05:52,撞击发生。在此过程中,撞击器一直在传回图像,一直到撞击发生前3秒钟还传回了最后一张照片。

2005年6月27日,撞击发生前一周,由“深度撞击”探测器相机拍摄到的撞击目标:坦普尔1号彗星   来源:NASA  2005年6月27日,撞击发生前一周,由“深度撞击”探测器相机拍摄到的撞击目标:坦普尔1号彗星   来源:NASA

  当撞击发生时,重达371公斤,大小与一台小型洗衣机相当的撞击器以超过每小时7万公里(约合20公里/秒)的极高速度猛烈撞上了坦普尔-1号彗星的彗核,而这一过程由一旁的母船全程拍摄记录。

  而除了深度撞击探测器的母船之外,哈勃空间望远镜和地面上的大量观测设备都对这一事件进行了观测。

撞击瞬间 来源:NASA撞击瞬间 来源:NASA

  观测显示,此次撞击产生了剧烈的爆炸闪光,甚至让整个彗星的视亮度都上升了大约两个等级,测算显示爆炸威力大约等同于5吨TNT炸药同时引爆。

  母船传回的首批图像显示撞击现场有大量的尘埃碎屑物质被从彗核上抛射出来,几乎遮蔽了整个视野,让科学家们难以辨认在彗核地表上有没有形成撞击坑,以及如果形成了撞击坑,这个坑有多大多深。

母船视野:撞击瞬间的录像,可以看到极为猛烈的爆炸闪光(由于微信限制,压缩比例很大,变模糊了)   来源:NASA  母船视野:撞击瞬间的录像,可以看到极为猛烈的爆炸闪光(由于微信限制,压缩比例很大,变模糊了)   来源:NASA

  此次探测壮举大大加深了人类对于彗星内部成分和结构的认识,比如彗星彗核的孔隙度,硬度,物质成分,以及水冰含量估算等等。

  由于彗星是太阳系诞生之初形成的古老天体,对彗星开展的考察对于了解地球水的来源以及太阳系早期历史具有重要意义。

撞击器视野:冲向彗星!然后,粉身碎骨(由于微信限制,压缩比例很大,变模糊了)   来源:NASA  撞击器视野:冲向彗星!然后,粉身碎骨(由于微信限制,压缩比例很大,变模糊了)   来源:NASA

  后续:

  直到2011年,“星尘”号探测器再次飞过6年前被撞击的坦普尔1号彗星,才最终确认撞击产生了一个明显的撞击坑,直径大约150米,深大约30米左右。

  而“深度撞击”探测器母船在完成任务之后依旧健康,于是NASA给它安排了更多任务,限于篇幅,难以展开了,再挖个坑,之后再填。

左图为2005年“深度撞击”探测器拍摄,右图为2011年“星尘”号探测器拍摄,可以看到6年前的撞击留下一个撞击坑   来源:NASA  左图为2005年“深度撞击”探测器拍摄,右图为2011年“星尘”号探测器拍摄,可以看到6年前的撞击留下一个撞击坑   来源:NASA

  深度撞击号任务旨在帮助解答关于彗星的基本问题,诸如彗核的成分、撞击造成的撞击坑深度、彗星的形成地点等。通过对撞击及其余波的观测,天文学家希望确定彗星内核与外层的差异,以探究彗星的形成过程。
  该任务由马里兰大学的天文学家麦克·阿赫恩主持。他领导的科研小组成员来自康奈尔大学、马里兰大学、亚利桑那大学、布朗大学、贝尔顿太空探测计划(Belton Space Exploration Initiatives)、喷气推进实验室、夏威夷大学、科学应用国际公司、鲍尔航天公司以及马克斯·普朗克地外物理学研究所。

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