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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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火星人看好:十万年一遇的罕见天象,十月上演!  

2014-08-25 13:50:47|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:小龙哈勃

想象图:“赛丁泉”彗星飞掠火星,来源 Orbiter.ch Aerospace

想象图:“赛丁泉”彗星飞掠火星,来源 Orbiter.ch Aerospace

原文发表于 叶儿山

去年初我提到“赛丁泉”彗星将有十万分之一的概率与火星相撞。后来,天文学家们失望地发现,这到底还是没能撞上,“赛丁泉”彗星将在13万公里的距离上与火星擦肩而过。不过,尽管如此,这也仍然极其罕见了:13万公里仅相当于地月距离的1/3呢。如果火星是在地球上的某个人的话,这相当于某个大坏蛋从月球上向他/她开了一枪,而子弹在距离他/她不到2厘米的地方擦过。类似的事件大约每十万年才发生一次[1]。

现在火星人的灭绝危机解除了,可是地球上的“第二个太阳”的大戏也落空了。如果你在10月19日前后呆在火星上的话,在日历上划个勾:这一天,你将会看到一个亮度接近上弦月的庞然大物在天空中缓缓移动。但“赛丁泉”彗星在地球上甚至还达不到肉眼可见的亮度。——哎!各位看官且慢,别走得那么快。我们的祖先在进化树中胜出也不过是一万年前的事情,这可是名副其实的“仅此一家别无分店”的天象哎,不如看看那些特别关心头顶上的世界的家伙又会在折腾些什么?

我们知道,彗星是水冰、岩石和尘埃组成的“脏雪球”,大量存在在太阳系外围寒冷黑暗的角落。太阳系外围的大行星——比如海王星——年复一年地进行“抽奖活动”,抽中的彗星可以进行一次“太阳系深度游”。这些“中奖”的彗星会在引力作用下奔向内太阳系,水冰和其他容易挥发的物质在受到太阳的光和热之后被释放,形成了漂亮的“彗尾”。目前科学界主流观点认为,地球上的水、构成生命的原始物质、乃至生命本身,就是彗星带来的[2]。从这个角度来说,你现在之所以能在看这篇文章,就是因为在很久以前,有若干颗彗星心甘情愿地在地球上摔得粉身碎骨,将宝贵的“生命之源”带到地球上。因此,天文学家们对彗星很感兴趣,因为它们长期呆在太阳系外围的“冰冻室”里,很好地保存了太阳系早期的资料,尤其是那些可能和地球上的生命诞生有关的资料。

彗星可以分为两种:和太阳系“来一发”之后就一去不复返的,以及围着太阳转个不停的。当下时兴把前者称为“新鲜”彗星(dynamically new comet),后者则自然是“陈旧”彗星了。这时你要问了:如果有一些彗星的公转周期特别长,比如成百上千年的这种,我们怎么知道它到底是“新”是“老”呢?这就需要进一步观测和计算了。因为天体的运行规律是已知的,我们可以精确计算这颗彗星现在和过去的运行轨道。如果它处于“抛物线”或“双曲线”轨道上,那这颗彗星很可能就是一颗“新鲜”彗星。“赛丁泉”彗星的轨道属于双曲线型,因此它是一颗“新鲜”彗星。

三种轨道:椭圆轨道(红色),抛物线轨道(绿色),双曲线轨道(蓝色)。若彗星处于后两种轨道上,则它很可能是一颗“新鲜彗星”

三种轨道:椭圆轨道(红色),抛物线轨道(绿色),双曲线轨道(蓝色)。若彗星处于后两种轨道上,则它很可能是一颗“新鲜彗星”

我们去菜市场买肉,都会尽量挑新鲜的。天文学家们也一样:“新鲜”彗星无疑是最能吸引眼球的。最好的探测方式,当然是派探测器去“瞅个究竟”。然而,这有一个明显的难题:大多数彗星从被发现到离开内太阳系,至多两三年时间,这点时间还不够科学家们写申请要钱呢——比如最近刚刚抵达周期彗星“楚留莫夫-格拉希门克”的“罗赛塔”号探测器,从构想到实现用了接近25年时间!所以当“赛丁泉”彗星飞掠火星的消息传来,天文学家们做梦都能笑出来了——人类在火星上工作的各类探测器,多得都快可以开两张麻将桌了——“赛丁泉”彗星简直就是送上门来的宇宙级大礼包啊!

让我们盘点一下目前或即将在火星上工作的探测器:2001年入轨的“2001火星奥德赛”号(人类在另一星球上工作时间最长的探测器),2003年抵达火星的“火星快车”号和“机遇”号漫游车,2006年入轨的“火星勘察轨道器”(搭载有高解析度成像仪,可分辨火星表面30厘米大小的物体,分辨率甚至超过Google Earth),2012年抵达火星的“好奇”号漫游车,以及即将到达火星的“美文”号和印度的“火星轨道任务”轨道飞行器,足足有7枚各色探测器!而之前实施过近距离彗星探测的探测器,从1986年的“国际哈雷彗星联队”算到现在,满打满算也不过8枚。

所以,想做大事的同时有个良好的RP,比单纯想做大事更能得到你想要的。

“广角红外巡天探测器”(WISE)拍摄的“赛丁泉”彗星(红色天体),四张照片叠加,故彗星留下4个影子。

“广角红外巡天探测器”(WISE)拍摄的“赛丁泉”彗星(红色天体),四张照片叠加,故彗星留下4个影子。

但这时,问题就来了:彗星可是一刻不停地在释放尘埃和气体啊,而且“赛丁泉”彗星的运行速度高达每秒56公里,足足是喷气式客机的200多倍。在这个速度下,芝麻大的颗粒都能具有破坏性的力量。这会不会损坏那些价值联城的探测器呢?要知道那些探测器少说也值几百亿美金呢…… 虽说这事件十万年一遇,但为此烧掉数百亿美元,好像也有点心疼哦。然而,彗星在被发现时还在木星轨道以外,连最大的望远镜看上去都只是一个小点,天文学家们只能根据以前出现的其他彗星来猜测,但这一结果是否可靠就很难说准了。比如有科学家根据其他彗星的观测资料估计[3],“赛丁泉”彗星将给火星探测器带来一场“大劫”,其流星暴雨的强度,已经需要一个新名词来定义——“流星飓风”(meteor hurricane),每小时出现48亿颗流星!按这一流量估计,围绕火星运行的飞行器都将被打成筛子。

就如同某些灾难大片一样,事情到最后都会峰回路转。

在“流星飓风”论文发表后不久,两位中国天文工作者也发表了他们的工作[1],他们首次使用观测数据来测量彗星喷发颗粒的速度。有趣的是,他们的数据并非来自专业天文台,而是来自两位中国天文爱好者的远程遥控天文台:设在新疆的星明天文台和远在澳洲的玉衡天文台。经过仔细分析,他们发现:“赛丁泉”彗星的喷发速度相当小,因此它的粒子云很可能“鞭长末及”,与火星保持安全距离。美国宇航局的科学家使用“哈勃”太空望远镜等大型设备同时进行观测,并随后发表了更精确的结果,结论大致与中国同行们一致。看来,火星探测器们可以安然度过“彗星劫”了。但出于谨慎起见,美国宇航局和欧洲空间局仍然表示将让各自的探测器调整轨道,以便在粒子云到来时可以“躲在”火星身后,以免不小心“中头奖”。在火星探测上“初来乍到”的印度空间研究组织则暂时未有任何表态,看来“赛丁泉”的飞掠对他们来说,显然是“幸福的烦恼”——他们的“火星轨道任务”原本定位是“技术示范”项目,却意外碰上了这一罕见天象。对首次进军火星探测的他们来说,在行星际距离上进行轨道机动将是不小的考验。

总之,虽然地球没能拿到前排座位,但我们的星际使者已经在火星上严阵以待,准备这一星际大戏的开演。想想看,按照平均概率来算,上一次类似事件发生的时候,人类还在围着篝火“吼吼”怪叫;而这一次,我们在笔尖能计算出这一事件发生的精确时间和位置,能够制造精巧的机器前往发生地,为我们收集数据,让我们从中获取地球演化和生命起源的线索。这怎么想都相当神奇呀。各位圈好:2014年10月19日,冰与火的亲密接触,不见不散,见了也不散,看看到时我们将从2亿公里外得到什么有意思的画面。

[1] Ye, Q.-Z.; Hui, M.-T. (2014). "An Early Look of Comet C/2013 A1 (Siding Spring): Breathtaker or Nightmare?". The Astrophysical Journal 787 (2): 115.
[2] Fernández, Julio A. (2006). Comets.
[3] Vaubaillon, J.; Maquet, L.; Soja, R. (2014). "Meteor hurricane at Mars on 2014 October 19 from comet C/2013 A1". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 439 (4): 3294.

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