12年太空奇遇，羅塞塔號有哪些神奇的過往？
2023-04-01 18:25:22
太空史詩冒險:羅塞塔的歷程和發現
我想帶你進入羅塞塔(羅塞塔彗星探測器是由歐洲機構組織的無人飛行器項目。它的主要任務是探索46億年前太陽系起源的奧秘，以及彗星是否為地球提供了生命誕生所必需的水和有機物質。)進行史詩般的探險。過去兩年來，護送探測器降落在彗星上一直是我的愛好。為了達到這個目標，我需要向你解釋一些關於太陽系起源的事情。
讓我們回到45億年前，那時有一團氣體和塵埃。在這個星團的中心，我們的太陽在那裡形成並燃燒。與此同時，那些我們現在稱之為行星、彗星和小行星的天體也已經形成。然後，根據理論，當地球形成，溫度開始略有下降時，彗星極大地影響了地球，並將水輸送到地球。它們也可能將複雜的有機物質運送到地球上，這可能導致了生命的出現。你可以把這個過程比作完成一個250塊的拼圖，而不是2000塊的拼圖。然後，像木星和土星這樣的大行星，在當時不在今天的位置，將通過引力相互作用，清理整個太陽系。我們現在稱之為彗星的天體最終會到達一個叫做柯伊伯帶的地方，這是海王星軌道之外的天體聚集帶。如今，有時它們會相互碰撞，並產生引力轉移。木星的引力將它們拉回太陽系。然後它們變成了我們在天空中看到的彗星空。
值得注意的一點是，在此期間，這些彗星已經在太陽系之外存在了45億年，而且從未改變過——太陽系的深凍版本。在空中，它們看起來像這樣。我們通過他們的尾巴了解他們。這裡實際上有兩條尾巴。一個是塵尾，被太陽風吹出。另一個是離子尾，它是帶電粒子。受太陽系磁場的影響，他們可以看到彗核和彗核，它們非常小，幾乎看不見。然而，你應該記得在羅塞塔的情況下，宇宙飛船在中心像素上。我們離這顆彗星只有20，30，40公裡。那麼關鍵點是什麼呢？彗星含有太陽系形成時的原始物質，因此它們是研究地球組成和生命起源的理想對象。彗星也可能帶來了觸發生命起源的元素。
1983年，歐洲航天局開始了一項長期的地平線2000計劃(歐空局於1984年首次推出，計劃覆蓋1992007年期間)。有四個主要的「基石」任務，最後一個是「羅塞塔彗星」，其中包括一個基本項目，一個訪問彗星的任務。與此同時，還有一個小任務是訪問這顆彗星，也就是你在這裡看到的喬託彗星。1986年，它的艦隊和其他太空飛行器一起飛過哈雷彗星。那次任務的結果清楚地表明彗星是研究太陽系的理想天體。因此，羅塞塔任務於1993年獲得批准。最初計劃於2003年發射，但後來由於阿麗亞娜火箭的問題而取消。然而，我們的公共關係部充滿熱情，製作了1000個代爾夫特藍瓷盤，並印錯了彗星的名字。所以從那以後我就沒買過任何瓷器。這是一個積極的方面。所有的問題都解決後，羅塞塔於2004年離開地球，飛到了重新選擇的彗星——丘柳莫夫·格拉西緬科彗星。這顆彗星是特別挑選的，因為，首先，你必須能夠到達它的位置，其次，它不會在太陽系停留太久。這顆特殊的彗星於1959年進入太陽系。這是它被木星偏轉後第一次來到太陽系，因為它離太陽很近，足以讓它改變。這是一顆非常新的彗星。羅塞塔取得了許多歷史性的突破。它是第一顆進入彗星軌道的人造衛星，伴隨著彗星完成了整個太陽系的旅程，到達了最短的近日點。
然後再次離開太陽系。這是宇宙飛船第一次降落在彗星上。事實上，我們已經使用了一些環繞彗星軌道的技術，這些技術通常不會在羅塞塔上的其他太空飛行器上使用。通常，如果你看天空空，你會知道位置和坐標。但在這種情況下，這還不夠。我們通過觀察彗星上的地標來導航。我們識別這些特徵——鵝卵石、隕石坑——然後我們知道我們在彗星的相應區域。當然，這也是第一個使用太陽能電池飛躍木星軌道的太空飛行器。這聽起來比事實更像一個壯舉，因為放射性同位素熱發動機技術還沒有在歐洲應用，所以當時沒有選擇。
但是這些太陽能電池板非常大。這是它的側翼之一。這些不是特別挑選的矮個子。他們是像你我一樣的正常人。我們有兩個這樣的翅膀，65平方米。然後，當然，當我們飛向這顆彗星時，你會發現駕駛一艘65平方米的帆船向一個排氣物體飛去並不總是一個方便的選擇。我們是怎麼到達這顆彗星的？因為我們必須去一個非常遙遠的地方——完成羅塞塔的科學目標。
它是地球到太陽距離的四倍——這是我們用普通宇宙飛船燃料無法達到的速度。因為我們必須攜帶飛船本身重量的六倍。你怎麼做到的？在非常低的高度，大約幾千公裡，當你穿過一個行星時，你可以利用引力的拉力和彈力直接獲得和那個行星相同的太陽速度。我們已經試過很多次了。在地球上，在火星上，然後在地球上兩次，我們也飛越了兩個小行星，盧特亞和斯坦斯。到2011年，我們離太陽太遠了。
但是如果飛船遇到問題，我們根本救不了它，所以我們進入了休眠狀態。除了一個計時器，所有的儀器都關了。
你在這裡看到的白色是它的軌道和軌跡。你可以從開始看到這個圓圈，這條白線，
我們可以得到越來越多的橢圓，最後我們在2014年5月接近彗星，然後我們必須開始減速。在路上，我們飛過地球，拍了一些照片來測試我們的相機。這是地球另一邊升起的月亮。這就是我們現在所說的自拍。順便說一句，「自拍」這個詞當時並不存在。這是由彗星紅外和可見光分析儀相機在火星上拍攝的。著陸器上有一個攝像頭。它看起來在太陽能電池板下面。你可以看到火星和太陽能電池板出現在遠處。當我們在2014年1月從冬眠中醒來時，我們開始向前移動，並在5月到達距離彗星200萬公裡的地方。然而，這艘飛船的速度太快了。我們的速度比這顆彗星快2800公裡，所以我們需要剎車。我們必須做8次減速，我們可以看到其中一些非常大。我們的第一次減速需要以每小時幾百公裡的速度減速。事實上，這個過程花了7個小時，消耗了218公斤的燃料，這也是令人恐懼的7個小時。
因為2007年羅塞塔的推進系統有洩漏，我們不得不關閉一個分流器，所以推進系統在超過設計容量的壓力下運行。然後我們到達了彗星附近。這是我們看到的第一批照片。
這顆彗星的實際自轉周期是12.5小時，所以它在加速運行，但你肯定能理解我們的移動力學工程師的想法。這不是一件容易的事情。我們曾經幻想這是某種
像土豆一樣容易著陸的東西。這時候我們燃起了一線希望:
也許它是平的。但事實並非如此。它的表面仍然很粗糙。因此，在那個時候，我們必須做出以下選擇:我們必須使用所有收集到的細節來繪製這個天體的地圖，因為我們必須找到一個直徑500米的平坦陸地。為什麼是500米？這是我們著陸探測器時的錯誤。所以我們立即採取行動，繪製了彗星表面的地圖。我們採用了一種叫做攝影測量的技術。利用太陽投下的陰影。彗星表面有這樣一塊巖石，陽光從那裡照射進來。透過陰影，我們可以立即用大腦粗略地判斷這塊巖石的形狀。你可以用電腦來製作這樣的程序，然後覆蓋整個彗星。
然後我們可以畫出它表面的地形。為此，我們在八月開始沿著一條特殊的軌道飛行。首先，沿著邊長為100公裡的三角形飛行100公裡，然後將三角形的邊長改為50公裡，並重複整個過程。那時，我們已經從各個角度觀察到了這顆彗星，我們也可以用這種技術來繪製整顆彗星的表面形態。現在，是時候選擇著陸地點了。我們要做的是通過繪製彗星的外觀在60天內找到最終的著陸點。
我們時間不多了。相比之下，平均而言，火星任務需要數百名科學家花費數年時間尋找著陸點。但我們只有60天，僅此而已。我們最終選擇了一個著陸點，羅塞塔發送菲萊號的指令已經準備好了。(歐洲在2004年推出了羅塞塔。它把菲萊帶到了宇宙。後來菲萊著陸了，但與羅塞塔失去了聯繫。在這個廣闊的宇宙中，他們等待著彼此的消息……幸運的是，羅塞塔最終找到了菲萊。然而，前提是羅塞塔必須在空的正確位置，瞄準彗星，因為著陸器是被動的。它需要被推出去飛向彗星。「羅塞塔」號必須掉頭，這樣它的相機才能面對它，並在利飛走時與他交流。整個著陸過程花了七個小時。一個簡單的計算:如果羅塞塔的速度誤差是1釐米每秒，7小時是25000秒，這意味著著陸器在彗星上著陸時的誤差是252米。因此，我們必須準確地估計出羅塞塔的速度誤差小於1釐米每秒，而它離地球5億公裡遠，誤差應該在100米以內。這不是一項容易的任務。
讓我快速介紹一下這些科學理論和儀器。我不會介紹樂器的所有細節以免讓你困惑，但我想幫助你理解一些概念。我們可以探測氣體，測量灰塵，測量它們的形狀和成分，這裡有磁力計和我們需要的一切。它本身可能不多，但看看那些尖峰。這是彗星上的一天。你可以看到太陽對氣體蒸發的影響以及彗星正在旋轉的事實。這裡有一點。顯然，很多事情都是從那裡來的。它被太陽加熱，然後背部冷卻。我們可以看看這裡的密度差異。這些是我們測量過的氣體和有機化合物。我可以看到這是一個令人印象深刻的列表，而且上面會有越來越多的東西，因為我們也做了更多的測量。事實上，休斯頓現在正在開會，這些數據會在會議上顯示出來。我們還測量了塵埃粒子。
對你來說，這可能沒有多大意義，但當科學家看到這一點時，他們都非常興奮。兩個微粒:他們稱它為右邊的鮑裡斯，他們用鉭射擊它，這樣他們就可以分析它。我們發現了鈉和鎂。這也表明這是太陽系首次形成時這兩種物質的濃度，所以我們知道行星形成時存在什麼物質。當然，最重要的因素之一是成像。羅塞塔上的相機之一，奧西裡斯相機，實際上是2015年1月23日《科學》雜誌的封面。
沒人想到會是這樣。卵石，巖石——與任何其他地方相比，它看起來更像約塞米蒂的半屏巖石。我們還看到了沙丘之類的東西，在右手邊，看起來像是被風吹起的影子。我們在火星上發現了這些，但是這顆彗星沒有大氣層，所以很難製造出被風吹動的影子。這可能是一個局部的出口，有些東西上升然後下降。我們還不知道，所以仍有許多調查要進行。它拍的照片包括同一地點的兩張照片。中間有一個坑。還有一個。有三股氣流從坑底吹出。這就是這顆彗星的活動。顯然，這些坑的底部是活躍區域，在那裡物質蒸發成空。
這顆彗星的脖子上有一條非常有趣的裂縫。它長1公裡，寬2.5米。有些人認為，事實上，當我們接近太陽時，彗星可能會分裂成兩半，然後我們必須做出選擇。我們要追蹤彗星的哪一半？著陸器——一樣的，攜帶了很多儀器，除了一些鑽孔裝置，它們中的大多數都和飛船上的相似。羅塞塔攜帶幾乎相同儀器的原因是為了將在太空中發現的物質與這顆彗星上的物質進行比較。這被稱為「地面真相調查」。奧西裡斯相機在著陸和降落時拍攝的圖像。我們可以看到著陸器離羅塞塔越來越遠。60米外著陸器拍攝的照片在彗星表面60米以上。這顆大卵石直徑約10米。我們在彗星著陸前拍的最後一張照片。從圖片的左下角到中間，你可以看到三張著陸器飛過彗星表面的放大圖像。然後，在到達頂部之前和之後進行比較。唯一的問題是，在著陸後的照片中
沒有著陸器。但是如果你仔細看這張圖片的右邊，我們可以看到著陸器仍然在那裡。
但它反彈回來了。再次離開彗星表面。現在，有趣的是，在羅塞塔的設計中，
它將攜帶一個反彈著陸器。但是因為費用太高，他放棄了。我們已經忘記了這件事，
但是著陸器仍然記得。在第一次反彈期間，在磁力計上，你可以看到來自x、y和z坐標的數據。在中間，你可以看到一條紅線。這條紅線表明已經發生了變化。發生什麼事了？
顯然，在第一次反彈過程中，著陸器的一條腿碰到了某個地方的坑邊，然後著陸器的轉速就改變了。所以我們很幸運處於那個位置。這是羅塞塔拍攝的標誌性照片之一。這是一個人造物體，著陸器的一條腿，站在一顆彗星上。對我來說，這就是我所看到的
最好的空科學照片之一。前面的任務之一是找到這個著陸器。我們知道一些關於它應該在哪裡的信息。我們還沒有找到它，但是搜索還在繼續，我們也在努力讓著陸器恢復工作。我們每天都在仔細監控，希望從現在到4月，這個著陸器能恢復工作。
我們在這顆彗星上發現的是這顆彗星可以漂浮在水面上。它的密度是水的一半。所以儘管它看起來像一塊大石頭，但它不是。從去年六月到八月，我們看到它的活動增加了四倍。當我們接近太陽時，每秒100公斤的物質會離開彗星:氣體、塵埃等。一天是一億公斤。
最後，是著陸的日子。我永遠不會忘記——每個人都瘋了，德國有250名電視臺工作人員在爭奪報導。當英國廣播公司採訪我的時候，另一家電視臺一整天都在跟蹤我，我的工作人員也拍攝了我的採訪。這種情況持續了一整天。當我離開控制室並問了正確的問題時，探索頻道的工作人員找到了我。我激動得哭了，但這種感覺仍然揮之不去。在接下來的一個半月裡，每當我想到登陸日，我的眼裡就充滿了淚水，這種情感依然存在於我的心中。我想用這張彗星的照片來結束今天的演講。
參考材料
1.維基百科
2.天文術語
財政年度:張春華
由TED
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