ramy  2021-10-18 17:27:14  自动驾驶 |   查看评论   

北京时间2021年10月16日17:34,NASA露西号(Lucy)探测器搭乘宇宙神V-401火箭,从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角天军基地发射升空,正式开启它的 外太阳系探测之旅。平水韵总目

露西号探测器发射升空 | NASA/Bill Ingalls

这个从NASA知名“抠门”项目里脱颖而出的探测器,将奔赴遥远的木星轨道,在接下来的 12年探测中,相继探访 8颗不同大小、类型和位置的小天体, 为人类首次揭开木星特洛伊小行星的神秘面纱

太长不看版

  • NASA露西号探测器启程前往木星轨道;
  • 主要探测木星特洛伊小行星,它们是追溯太阳系早期历史的“时光胶囊”;
  • 此行将帮助我们重新认识太阳系早期动荡的历史。

小项目里的大赢家

2017年1月5日,NASA正式公布了第8届“发现”级项目的2个当选任务,其中一个就是“露西号” [1] 。

第8届“发现”级项目的2个当选任务示意图,左为露西号,右为灵神号 | SwRI and SSL/Peter Rubin [1]

“发现”级项目,是NASA深空探测项目三大梯队里规模最小、预算最低的一类,主打成本低、周期短、见效快的小型任务,每个任务常规预算约4.5-5亿美元,设计寿命不超过36个月,探测目标精简明确。平水韵总目

简单来说就是:更快、更好、更便宜。

只需要记得“发现”级项目最穷就完事儿了…… | haibaraemily

在这样的指导方针之下,开始于1992年的“发现”级项目至今已获批16个,其中11个任务成功开展,以极低的成本、极高的效率,大大增进了我们对太阳系内和系外诸多方面的认识。

目前所有获批的“发现”级项目。此外,月球勘测轨道飞行器(LRO)任务后来也被按照花费归入“发现”级项目,属于领养 | haibaraemily

虽说中的是个小项目,露西号实际“享受”到的规格并不低。在常规预算4.5美元的指标下,露西号的任务周期总预算已飙升至9.81亿美元——可以说是完全达到了中型项目“新疆界”级的预算待遇,多少能称得上是小项目里的大赢家了。平水韵总目

木星轨道上的“特洛伊”小行星

露西号的探测目标是一类特殊的小行星:木星特洛伊小行星

我们较为熟悉的主带小行星,聚集在火星和木星轨道之间的主小行星带中。人们常以小行星带为界,把太阳系划分为“内太阳系”和“外太阳系”,木星特洛伊小行星就聚集在遥远的外太阳系。

它们和其他区域的小行星一样环绕着太阳转动,唯一特别的地方在于:特洛伊小行星是和木星“绑定”着一同环绕太阳公转的,或者说,特洛伊小行星所聚居的群落几乎和木星共享同一条飞行轨道

与木星共享轨道的特洛伊小行星群 | 改编自维基

如此稳固的“绑定”关系,背后是引力这双无形大手。

两个有环绕关系的天体周边有5个“平衡点”——在这些点附近, 两个天体的引力综合影响可以达到平衡——这5个点被称为“拉格朗日点”(L1-L5)。平水韵总目

这里的“两个天体”可以是太阳和地球(日地)、地球和月球(地月),也可以是太阳和木星(日木)等等。

两个天体(图中以太阳和地球为例)周边的5个拉格朗日点| 维基

如果有 第3个天体位于这些拉格朗日点上,则可以轻易与这两个天体保持几乎相对静止。

探测器就经常利用这些“风水宝地”。例如,太阳探测器SOHO位于日地拉格朗日L1点附近,即将发射的鸽王之王·詹姆斯韦伯望远镜,计划被安置在日地L2点附近。平水韵总目

我国嫦娥四号任务的通讯中继星鹊桥号,位于地月拉格朗日L2点附近,可以帮助在月球背面探测的嫦娥四号保持和地球的通讯。

木星特洛伊小行星群,则位于太阳和木星(日木)连线两侧各60°间隔外的拉格朗日L4和L5这两个平衡点附近,分为L4特洛伊小行星群L5特洛伊小行星群两团。

L4和L5特洛伊小行星群位置示意 | 改编自维基

“特洛伊小行星”的名字来源于希腊神话中的“特洛伊战争”,分列在L4和L5的两团特洛伊小行星群也分别被称为“希腊阵营”和“特洛伊阵营”,其中的小行星分别以各自阵营中的英雄命名。

唯二的两个例外是:位于L4区域的小行星赫克托耳(Hektor),在神话中其实属于特洛伊阵营;L5区域的双星系统之一帕特罗克洛斯(Patroclus),在神话中其实属于希腊阵营。它们是在确定命名规则之前被命名的。平水韵总目

最大的10颗木星特洛伊小行星,都是熟悉的名字 | 汉化改编自维基

特洛伊小行星并不是木星独有的。其他行星,例如天王星和海王星,甚至火星和地球也有自己“绑定”的特洛伊小行星(群)。只不过,木星特洛伊小行星群被发现最早,且数目最为庞大,因此在不加限定词的情况下,“特洛伊小行星”也常常专指木星特洛伊小行星

行星科学家认为,特洛伊小行星是外太阳系巨行星形成时期留下的残骸,是原行星盘中没能形成行星的“边角料”。因此,这些小行星可能非常古老,还保留着太阳系早期物质的成分和信息,和位于内太阳系的主带小行星、近地小行星一样,是我们追溯太阳系早期历史和演化的“时光胶囊”

特洛伊小行星数目众多,目前记录在案的木星特洛伊小行星有 1万多颗[2],最大的直径200多千米,最小的只有约1千米。实际数目远不止这些,只是由于距离遥远,个头小的那些很难被发现。

即使是最大的那些,迄今为止我们也只是通过望远镜看到过一个个小亮点,不曾知道它们表面到底是什么样子——这正是露西号将为我们揭晓的“秘密”。

首个特洛伊小行星探测器

露西号不仅是人类首个近距离探访特洛伊小行星的探测器,而且不止探访一颗。

它全程计划探访6颗木星特洛伊小行星(Eurybates、Polymele、Leucus、Orus、Patroclus和Menoetius),1颗特洛伊小行星的卫星(Queta)和1颗主带小行星(Donaldjohanson),将创下一次任务中探索最多天体的记录

露西号计划探访的全部8颗小天体的艺术想象 | 改编自NASA

别看露西号有这么多探测目标,这场旅程并不会千篇一律:这些小行星各有特色, 展现了太阳系中丰富多彩的星球面貌

露西号的8个探测目标 | 汉化整理自NASA [3]

行星科学家常借助小行星反射阳光的差异(光谱类型)来区分它们的组成成分,如C型主要由碳质构成,S型主要由硅质构成,M型主要由金属构成,D型和P型可能富含有机物……

不同轨道位置的小行星常常有着不同的成分类型,例如C型小行星在主带和近地小行星中十分常见,但在特洛伊小行星中却很稀有。但即使在轨道位置相似的特洛伊小行星中,也混合着 D型、P型、C型等多种类型

不只是成分差异,在露西号的探测目标中:

  • 最小的小行星Donaldjohanson直径只有约4千米,而最大的Patroclus直径达到140千米;
  • 自转最快的Polymele上只要6个小时就能过完一天,而自转最慢的Leucus上一天长达440个小时;
  • Patroclus和Menoetius在环绕太阳公转的同时,还是绕着共同质心转动的双星系统;直径仅64千米的Eurybates,还有一颗小小的卫星;

哈勃望远镜WFC3相机在2017年5月20-6月14日拍摄的Patroclus-Menoetius双星系统 | HST

这些“相似”和“不同”,会给各个小行星的演化带来什么影响?明明大家都是太阳系早期的“边角料”,现在也在差不多的轨道位置,为什么会有这么大差别?是它们原本形成于不同的位置,后来被木星引力捕获困在了一起?还是因为太阳系早期的巨行星迁移,连带着小行星发生了“乾坤大挪移”

露西号的“星口考察”,可以帮助我们重新认识太阳系早期动荡的历史

外太阳系小天体位置迁移的一种猜想。不同颜色的小点代表不同成分或类型的小天体,“冷”和“热”小天体群指的是轨道动力学上的“冷热”,表现为不同的轨道特征,并不指示温度 | 汉化改编自NASA

但奔赴木星,去往外太阳系并不容易:离太阳越远,探测器接收太阳能的效率就越低。

应对之法无非两种:一是改用核能供电,像旅行者号、卡西尼号、新视野号那样;二是让太阳能电池板尽可能宽大,增加接收太阳能的面积,但这样又会增加探测器的重量。

露西号这样的“发现”级(小型)任务,在有限的预算内是很难够得上使用核电池的待遇的,所以别无选择只能硬着头皮选择了第二种。

露西号探测器的太阳能板异常巨大,每块直径7.3米,在太阳能板完全打开时,探测器全长可达15.8米。露西号也将打破距离太阳最远的太阳能探测器运行记录

露西号探测器示意图 | NASA/GSFC

感受一下露西号“遮天蔽日”的巨大太阳能电池板:

露西号的太阳能电池板 | NASA

以“露西”为名

露西号探测器的名字,来自一具名叫“露西”的骨骼化石,而这份化石的名字,又来自披头士的一首流行歌曲。

一首歌,一具化石,一颗探测器,是如何以一种奇妙的机缘相遇的?这还要从露西号的使命说起。

 

除特别注明外,本站所有文章均为 人工智能学习网 原创,转载请注明出处来自NASA最抠门任务启程,1个探测器去8颗小行星_平水韵总目

留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码: