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科学松鼠会

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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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“罗塞塔”探测器在彗星上干了啥?   

2014-09-18 14:12:49|  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

欧洲空间局的“罗塞塔”探测器成功进入“楚留莫夫—格拉希门克”彗星的绕转轨道后,携带的“菲莱”着陆器将在今年11月中旬左右登上彗星。那这枚烧掉10亿欧元的大玩具最近在干嘛?绕圈子玩儿?睡大觉?非也。现在,我们不妨暂时把目光从眼前的柴米油盐移开,去看看440715000千米外,人类的星际使者又有什么新发现吧!

首先给大家欣赏的是这张“窗边位”照片,这是“罗塞塔”探测器的唯一乘客——“菲莱”着陆器——在9月10日拍摄的,拍摄时距离彗星只有50千米左右。这张照片没太多的科学价值,主要用途在于宣布“老子到此一游”。不过,对于一枚在太阳系遨游了10年、行程60亿千米的探测器来说,能拍到这么一张照片也是颇不简单的了。10年前的你在忙什么呢?

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【“菲莱”着陆器拍摄的“罗塞塔”太阳能电池板和远处的“楚-格”彗星,摄于2014年9月10日。图片来源:ESA/Rosetta/Philae/CIVA】

我们都知道,彗星是太阳系中非常独特的天体。它们带有大量易挥发物质(比如我们熟知的水冰),在接近太阳时会“苏醒”,从彗星表面挥发到太空中去,远处看上去就形成了一条漂亮的“彗尾”。同时带入太空的,还有彗星表面的小颗粒,成为“流星体”。没错,你看到的流星,有许多就是这样来到地球上的。因为彗星本身非常小,不会有地质作用来改变这些颗粒的组成,所以它们忠实地携带着太阳系形成初期的宝贵信息,或许还有生命起源的线索。因此,彗星以及其他小天体一直是科学家很感兴趣的研究对象。

在“罗塞塔”于9月2日拍摄的这张照片上,人们可以清楚地看到一条主要的喷流。如何判断喷流里物质的成分呢?这说起来就非常有意思了。如果大家的中学化学知识还没有全还给老师的话,应该还记得元素周期表吧!简单来说,周期表中不同的元素(以及不同元素组成的分子),会对应着不同颜色的光,就好像不同的车牌对应不同的车一样。天文学家只需要观察彗星光线的具体颜色(即测定彗星的“光谱”——光线的“族谱”),再到早已测定好的“族谱目录”里一查,就能知道彗星上有什么物质。

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【9月2日拍摄的“楚-格”彗星彗核影像,可见“脖子”处有一条非常明显的喷流(向画面左上方)。图片来源:ESA/Rosetta/NavCam/Emily Lakdawalla】

“罗塞塔”携带有3架光谱仪,分别测量紫外波段、可见光和红外,以及微波波段的光谱。我们已经知道,有一些水分子分解的产物富含氢、氧元素,这些产物在紫外波段会发出比较强的光。科学家借助“罗塞塔”探测器携带的紫外成像光谱仪(ALICE),通过这些“光”的亮度,就可以推知彗星释放水汽的速度,而根本无需拿个大碗去量度彗星释放了多少水。牛吧!

本月初在葡萄牙海滨城市卡斯凯什召开的欧洲行星科学会议(European Planetary Science Congress, EPSC)上,科学家共济一堂,尽情腐败讨论通过“罗赛塔”号获得的最新成果。在会议上,负责ALICE的科学家艾伦·斯特恩(Alan Stern)报告了最新获得的观测结果:喷流中存在大量的氢、氧原子,但在彗星表面几乎没有这两者的踪迹!这个发现让科学家小小地吃了一惊,因为按照现行的理论,彗星是个水冰和尘埃组成的“脏雪球”,水冰应该和尘埃一起暴露在外;而“罗塞塔”的观测数据表明,水冰主要埋藏在地下。

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【“罗塞塔”的二次离子质谱仪捕获到的彗星尘埃颗粒。图片来源:ESA / Rosetta / MPS for COSIMA Team】

上面我们提到,彗星释放的颗粒大有乾坤。虽然我们在地球上也可以通过大望远镜和流星监测网络来研究这些颗粒,但欧洲空间局的科学家和工程师当然也没放过这次上门拜访彗星的机会。“罗塞塔”搭载有一台“二次离子质谱仪”(COSIMA),由24个1平方厘米大小的捕获板组成,在接近彗星时就暴露在外,以期捕获彗星释放的颗粒。在EPSC会议上,科学家宣布,捕获板立功了!

在公布的照片中,我们可以看到至少有两颗较大的颗粒“中招”,这些颗粒大约有头发宽度那么大。COSIMA上安装有一台显微镜,将首先为这些颗粒拍“写真集”,然后质谱仪将闪亮登场,研究这些粒子的成分和结构。“罗塞塔”还搭载了其他颗粒分析设备,包括“颗粒冲击分析仪”(GIADA)和“尘埃显微成像分析仪”(MIDAS),前者也已经搜集到至少4颗彗星颗粒。

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【“罗塞塔”探测器的主成像仪拍摄的彗星颈部,摄于2014年9月5日。图片来源:ESA / Rosetta / DLR / MPS for OSIRIS Team MPS / UPD / LAM / IAA / SSO / INTA / UPM / DASP / IDA】

与此同时,科学家和工程师也在为“菲莱”着陆器寻找合适的着陆地点,“罗塞塔”号的主成像仪——光学、光谱和红外远程成像系统(OSIRIS)——正不间断地对彗星进行观测,传回大量惊艳照片。比如上面这张对彗星颈部的特写,分辨率高达1米,看起来像一座在茫茫太空中转动的雪山。

在我看来,最有意思的也许是正在释放物质的“颈部”,但在那里着陆的难度太高了。在EPSC会议上,欧洲空间局的专家公布了5个候选地点,但坦承最大的挑战仍然来自崎岖的地貌。“菲莱”着陆器的设计充分考虑了这一点。根据欧洲空间局工程师的说法,即使在陡峭的山坡上着陆,也有可能进行考察工作,但如果倒栽葱式的着陆,那就只能算运气不好了。

欧洲空间局将在今天(9月15日)公布最终选定的着陆地点,而登陆时间暂时选定在11月11日前后,正好碰上将在美国亚利桑那州图森市举办的美国天文学会行星科学年会(估计是有意为之)。这等好事怎能错过,我当然是要亲自前往图森腐败好好学习的。

各位不要走开,广告之后请继续欣赏耗资10亿欧元、历时25年精心准备的宇宙级大片:进击的“罗塞塔”!

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原文发表于叶儿山,转载至果壳网时有改动,果壳网原文地址(编辑:Steed):“罗塞塔”探测器在彗星上干了啥?

题图来源:independent.co.uk

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“罗塞塔”圈定5处着陆彗星候选地点

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