張唯誠(chéng)

彗星，我來(lái)了

張唯誠(chéng)

著名的大英博物館有三件鎮(zhèn)館之寶：來(lái)自古希臘帕特農(nóng)神廟的埃爾金大理石雕塑、來(lái)自中國(guó)的《女史箴圖》，以及來(lái)自古埃及的羅塞塔石碑。沒(méi)錯(cuò)，這塊石碑的名字和羅塞塔太空探測(cè)器的名字一模一樣，那么，它倆之間是否存在著某種聯(lián)系呢？

對(duì)歐空局來(lái)說(shuō)，2014年注定是不平凡的一年。他們計(jì)劃追尋引力波、探測(cè)宇宙深空、登陸彗星（詳見本刊2014年第4期《Top 10——2014年值得期待的十大科技突破》）……其中，登陸彗星無(wú)疑是最有意思的一項(xiàng)活動(dòng)。

遠(yuǎn)方的問(wèn)候

2014年1月20日，一艘孤獨(dú)地在太陽(yáng)系中穿梭了十年之久的太空船向地球發(fā)送了一個(gè)深情的問(wèn)候：“你好，世界！”這艘太空船就是彗星探測(cè)器“羅塞塔號(hào)”。自2011年6月以來(lái)，人們已經(jīng)31個(gè)月沒(méi)有聽到它的任何消息了，這是因?yàn)椤傲_塞塔號(hào)”在這段時(shí)間內(nèi)一直行進(jìn)在距離太陽(yáng)十分遙遠(yuǎn)的木星軌道之外。那里距離溫暖的太陽(yáng)近8億千米，“羅塞塔”號(hào)的太陽(yáng)能電池板只能接收到微弱的太陽(yáng)光，其產(chǎn)生的能量甚至不及在地球附近的4%。在這種情況下，“羅塞塔號(hào)”只能無(wú)奈地關(guān)閉了絕大部分設(shè)備，以“休眠”模式在黑暗深邃的太空中孤獨(dú)地漂泊。

“休眠”是為了節(jié)省能源?！傲_塞塔號(hào)”真正的探險(xiǎn)還在后面，它還有很多事情要做，所以節(jié)省能源是非常必要的。

然而經(jīng)過(guò)了近三年漫長(zhǎng)的“休眠”后，“羅塞塔號(hào)”的覺醒依舊是一個(gè)令人焦慮的過(guò)程。首先，一個(gè)“鬧鐘裝置”負(fù)責(zé)喚醒“羅塞塔號(hào)”進(jìn)入工作狀態(tài)。機(jī)載電腦開始工作，它要接通兩個(gè)加熱器，為星體跟蹤定位裝置提供熱量，使之進(jìn)入工作狀態(tài)。在這個(gè)裝置的幫助下，“羅塞塔號(hào)”總算知道自己身在何處了。接下來(lái)，“羅塞塔號(hào)”必須找到地球，這項(xiàng)工作也是依靠星體跟蹤定位裝置完成的。這個(gè)裝置能夠掃描太空，根據(jù)星座和機(jī)載星圖來(lái)確定地球的方位。有了這些數(shù)據(jù)后，“羅塞塔號(hào)”終于可以將天線指向地球了。此時(shí)的“羅塞塔號(hào)”距離地球是如此遙遠(yuǎn)，它向地球發(fā)回的問(wèn)候乘著電波在太空中穿行了45分鐘后才被人們接收到。

好在一切順利，科學(xué)家們給“羅塞塔號(hào)”發(fā)出了指令，而“羅塞塔號(hào)”也作出了回應(yīng)。謝天謝地，它終究還是“醒”過(guò)來(lái)了！

注定的約會(huì)

“羅塞塔號(hào)”是一艘專門為彗星而生的太空船。2004年3月2日，它被一枚阿麗亞娜-5運(yùn)載火箭送上了一個(gè)復(fù)雜的太陽(yáng)系軌道。此后十年，這個(gè)探測(cè)器便在這條軌道上一刻不停地奔馳。2005年3月，它繞回地球，借助地球的引力奔向火星。2007年2月，它在距離火星不足250千米的地方掠過(guò)火星。2009年11月，它再一次與地球擦肩而過(guò)?！傲_塞塔號(hào)”之所以要選擇如此復(fù)雜的線路，不斷地飛臨地球和火星，就是因?yàn)樗柚@兩顆星球的引力提高速度并節(jié)省燃料，而它最終的目的地是一個(gè)距離地球5億千米的地方。它要在那里約會(huì)它矢志不渝的“太空情侶”——丘留莫夫-格拉西緬科彗星。

丘留莫夫-格拉西緬科彗星是蘇聯(lián)天文學(xué)家丘留莫夫發(fā)現(xiàn)的。1969年9月20日，丘留莫夫在檢視一幅天文照片時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)疑似彗星的天體，而照片的拍攝者則是他的同行格拉西緬科。經(jīng)過(guò)一番研究后，丘留莫夫確定這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的天體是一顆彗星。研究顯示，1840年以前，這顆彗星與太陽(yáng)之間的最短距離是4個(gè)天文單位，非常難以觀測(cè)。但1840年以后，這顆彗星由于受到木星引力的拉扯不斷靠近太陽(yáng)。到了1959年，它再一次靠近木星時(shí)，已被木星牽引到了距離近日點(diǎn)只有1.29個(gè)天文單位的地方。這時(shí)，它終于向人們展示了廬山真面目。現(xiàn)在，這顆彗星的公轉(zhuǎn)周期是6.57年，正沿著一個(gè)距離近日點(diǎn)1.29個(gè)天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)5.7個(gè)天文單位的橢圓軌道，圍繞太陽(yáng)運(yùn)行。

現(xiàn)在，丘留莫夫-格拉西緬科彗星正在成為人類注視星空的一個(gè)焦點(diǎn)，蘇醒后的“羅塞塔號(hào)”正在一天一天地靠近它。它的上面究竟隱藏著什么？為什么“羅塞塔號(hào)”要耗費(fèi)十多年時(shí)間去追逐一顆遠(yuǎn)在天邊的彗星呢？

關(guān)鍵的密碼

彗星大多來(lái)自寒冷而遙遠(yuǎn)的太陽(yáng)系邊緣，它們的歷史可以追溯到46億年前太陽(yáng)系誕生的時(shí)候。在寒冷的太空中，彗星仿佛是一個(gè)儲(chǔ)存著太陽(yáng)系早期物質(zhì)的“冰箱”，它們完整地保留了許多太陽(yáng)系形成之初的原始成分。科學(xué)家們猜測(cè)，彗星可能隱藏著太陽(yáng)系形成的最初線索和生命誕生的秘密。例如，彗星上可能有大量的揮發(fā)性物質(zhì)，如甲烷、二氧化碳等，這些物質(zhì)都是構(gòu)成行星的必要成分。彗星上或許還含有外來(lái)的有機(jī)分子，它們很有可能是早期地球生命起源的物質(zhì)。所以，探測(cè)彗星被認(rèn)為是揭開地球生命起源之謎的一個(gè)重要途徑。許多科學(xué)家還認(rèn)為，地球上的水也來(lái)自彗星。因?yàn)檫h(yuǎn)古地球曾遭受過(guò)大量彗星的撞擊，它們極有可能為地球帶來(lái)了水。

由此可見，彗星也許是我們認(rèn)識(shí)宇宙的一個(gè)關(guān)鍵線索。通過(guò)彗星，也許我們將會(huì)得到太陽(yáng)系是如何形成的、地球生命來(lái)自何方、我們是否是宇宙唯一生命等許多重大謎團(tuán)的終極答案。這也正是歐空局追逐彗星的目的所在。那為何歐空局將該探測(cè)器命名為“羅塞塔”呢？

羅塞塔本是一個(gè)地名，一個(gè)位于埃及的港口城市。1799年，人們?cè)谀抢锇l(fā)現(xiàn)了一塊石碑——羅塞塔石碑。石碑制作于公元前196年，上面用希臘文、古埃及文和當(dāng)時(shí)的通俗體文字鐫刻著埃及國(guó)王托勒密五世的詔書。由于三種文字表述了同樣的內(nèi)容，近代考古學(xué)家便獲得了一個(gè)對(duì)照三種文字解讀失傳千年的埃及象形文字的重要機(jī)會(huì)。通過(guò)對(duì)石碑上幾種文字的研究，并參考另一塊來(lái)自菲萊島的方尖碑，科學(xué)家們最終破解了古埃及象形文字的秘密。他們意識(shí)到，一直被人們認(rèn)為是用形表義的埃及象形文，原來(lái)也是具有表音作用的。這一重大發(fā)現(xiàn)成為解讀所有埃及象形文的關(guān)鍵線索，也正是因?yàn)檫@個(gè)緣故，羅塞塔石碑被認(rèn)為是了解古埃及語(yǔ)言與文化的鑰匙，“羅塞塔”這個(gè)詞也被賦予了“解決謎題的關(guān)鍵線索”的含義。

人們之所以把探測(cè)丘留莫夫-格拉西緬科彗星的太空探測(cè)器命名為“羅塞塔”，其喻意即在表明，研究彗星就如同解讀“羅塞塔石碑”一樣，具有解讀宇宙關(guān)鍵線索的重要價(jià)值。

奇特的變化

然而，要讀懂隱藏在彗星中的“羅塞塔石碑”并非易事，科學(xué)家們首先要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)非常聰明能干的“彗星地質(zhì)學(xué)家”，這就是創(chuàng)造彗星探測(cè)器“羅塞塔號(hào)”的初衷。在此之前，人們也發(fā)射了一些彗星探測(cè)器，這些探測(cè)器為人們真正了解彗星做了大量的準(zhǔn)備工作：有的拍攝了彗星的影像，有的靠近彗星獲取了彗尾的物質(zhì)，有的接近彗核拍攝了彗核的“近照”。這些資料大大加深了人們對(duì)于彗星的認(rèn)知，同時(shí)也使人們了解到，彗星擁有多種多樣的“行為”和外表，它們和人一樣，各不相同。

當(dāng)一顆彗星靠近太陽(yáng)時(shí)，它的“表現(xiàn)”尤為精彩。太陽(yáng)光會(huì)逐漸照亮冰凍的星體，越來(lái)越多的熱量將使彗星表面的物質(zhì)變成氣體，并逃離彗星。在某些部位，這個(gè)過(guò)程會(huì)特別活躍，那里會(huì)產(chǎn)生一些噴流。最后，被蒸發(fā)的物質(zhì)將混雜著大量氣體與塵埃，在太陽(yáng)光壓的作用下形成長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)千米的彗尾，整個(gè)過(guò)程會(huì)隨著太陽(yáng)熱度的逐漸增加而愈演愈烈。

假若能夠看到一顆彗星在接近太陽(yáng)時(shí)的所有表現(xiàn)，那么，人們對(duì)彗星的了解就會(huì)更加全面和透徹，這也正是“羅塞塔號(hào)”的任務(wù)。這個(gè)價(jià)值10億美元的探測(cè)器重約3噸，體積約為12立方米，大小相當(dāng)于一輛轎車，由軌道器和名為“菲萊”的著陸器組成。軌道器裝備著12臺(tái)科學(xué)儀器，著陸器攜帶著9臺(tái)科學(xué)儀器，展開后長(zhǎng)達(dá)14米的太陽(yáng)能電池板將為“羅塞塔號(hào)”提供活動(dòng)所需的能量。

忙碌的工作

在長(zhǎng)達(dá)10年的旅行中，“羅塞塔號(hào)”并非無(wú)所事事。2008年9月5日，“羅塞塔號(hào)”飛掠小行星斯坦。這顆行星體積很小，直徑約為6千米，位于火星和木星之間的小行星帶上?！傲_塞塔號(hào)”發(fā)現(xiàn)斯坦星的北半球上有一個(gè)大隕石坑，直徑達(dá)2千米。大隕石坑周圍環(huán)繞著7個(gè)小隕石坑。它還發(fā)現(xiàn)斯坦星上有不少被太空巖石撞擊的斑痕，這表明斯坦星非常古老。

2009年7月10日，“羅塞塔號(hào)”飛臨另一顆小行星司琴星。司琴星比斯坦星大得多，直徑超過(guò)100千米。它于1852年11月15日被人類發(fā)現(xiàn)，是人類發(fā)現(xiàn)的第21顆小行星?！傲_塞塔號(hào)”發(fā)現(xiàn)，司琴星是一顆高密度的小行星，它在飛掠這顆小行星時(shí)，竟受到其引力的拖拽，發(fā)生了軌道偏移。

科學(xué)家們推測(cè)，司琴星可能是人類探測(cè)器飛臨的最完整的一顆小行星。因?yàn)檫@顆星體的個(gè)頭和密度使它很難被其他星體撞成一堆碎片，所以我們看到的仍是它46億年前形成時(shí)的模樣。雖然科學(xué)家們極度渴望了解司琴星的物質(zhì)構(gòu)成，但“羅塞塔號(hào)”不能停留，它的目標(biāo)不是小行星，遙遠(yuǎn)的丘留莫夫-格拉西緬科彗星正在召喚它。

期待的重生

丘留莫夫-格拉西緬科彗星是一顆怎樣的彗星呢？迄今，人們對(duì)它的了解還處于原始階段。2003年3月12日，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡為它拍了照，科學(xué)家根據(jù)拍攝的照片和現(xiàn)有的資料合成了一幅三維電腦圖像，顯示了這顆彗星的彗核結(jié)構(gòu)：直徑約4千米，呈橄欖狀。2004年，為了慶?！傲_塞塔號(hào)”發(fā)射成功，歐洲南天文臺(tái)又公布了一幅該彗星的照片。由于拍攝距離遙遠(yuǎn)，這顆彗星在照片上仍只是一個(gè)不顯眼的小點(diǎn)。

然而，假如在未來(lái)的一年時(shí)間內(nèi)，“羅塞塔號(hào)”能夠不辱使命，這顆彗星就將變成人們眼中最耀眼的“明星”?！傲_塞塔號(hào)”不僅要靠近它，跟蹤它，還要釋放一個(gè)著陸器在它的彗核上。這將是人類第一次近距離觀察和研究一顆正在靠近太陽(yáng)的彗星。

“羅塞塔號(hào)”的“重生”使得歐空局的工作人員迅速忙碌起來(lái)，他們進(jìn)入了緊張的準(zhǔn)備階段?！傲_塞塔號(hào)”還要接受一次全面“體檢”，整個(gè)系統(tǒng)和所有儀器都將接通電源，并重新開啟。如今的“羅塞塔號(hào)”正在逐漸靠近太陽(yáng)，電力將會(huì)越發(fā)充足。它就像星期五早晨的上班族，精神抖擻，滿懷希望。

親密的接觸

按照計(jì)劃，“羅塞塔號(hào)”于2014年5月份開始靠近丘留莫夫-格拉西緬科彗星，并在8月份與它會(huì)合。它們的“約會(huì)”地點(diǎn)將在遠(yuǎn)日點(diǎn)附近，這樣“羅塞塔號(hào)”就能觀察這顆彗星在飛過(guò)太陽(yáng)附近時(shí)的全部過(guò)程了。

會(huì)合之后，“羅塞塔號(hào)”將在距離慧核幾千米的地方開始環(huán)繞運(yùn)行。11月，“羅塞塔號(hào)”將釋放“菲萊”著陸器，以實(shí)現(xiàn)人類探測(cè)器在彗星上的首次軟著陸。由于該彗星彗核的直徑只有4千米，引力很小，所以重達(dá)100千克的“菲萊”會(huì)像紙片一樣飄落在彗星上。著陸后，“菲萊”需要利用叉釘將自己固定住，否則會(huì)飄離而去。

“菲萊”將是人類派往彗星的第一個(gè)機(jī)器人使者，一個(gè)“彗星地質(zhì)學(xué)家”。它將鉆探慧核表面，用儀器分析礦物構(gòu)成和同位素成分，尋找是否存在有機(jī)物質(zhì)……它還會(huì)研究彗核的各種物理特性，拍攝彗星的周圍環(huán)境，并將獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)“羅塞塔號(hào)”軌道器傳回地球。與此同時(shí)，“羅塞塔號(hào)”則會(huì)作為軌道器追隨丘留莫夫-格拉西緬科彗星一步步接近太陽(yáng)。當(dāng)這顆彗星運(yùn)行到距太陽(yáng)約5億千米的近日點(diǎn)時(shí)，其冰凍的表面將開始蒸發(fā)，擴(kuò)散出的氣體與塵埃會(huì)形成長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)千米的彗尾?！傲_塞塔號(hào)”將會(huì)親眼見證并記錄整個(gè)過(guò)程。

十余年的追星之旅即將畫上句號(hào)，整個(gè)彗星探測(cè)計(jì)劃將由這最后的關(guān)鍵一步作為終結(jié)?；蛟S科學(xué)家們?cè)缫蚜?xí)慣了高度緊張的狀態(tài)，對(duì)他們來(lái)說(shuō)，這次機(jī)會(huì)千載難逢，任何一個(gè)步驟都不容許有絲毫差錯(cuò)。這次計(jì)劃的“羅塞塔石碑”，其實(shí)就在人們自己手中。

名詞解釋

阿麗亞娜-5運(yùn)載火箭：歐洲研制的不可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭，是亞利安火箭系列中的最新型號(hào)，主要用于將人造衛(wèi)星發(fā)射至地球同步軌道或低地球軌道。

天文單位：（英文：Astronomical Unit，簡(jiǎn)寫AU）天文常數(shù)之一，是長(zhǎng)度單位，歷史上約等于地球跟太陽(yáng)的平均距離。一天文單位約等于1.496億千米。它是天文學(xué)中測(cè)量距離，特別是測(cè)量太陽(yáng)系內(nèi)天體之間距離的基本單位。