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为什么探测器去水星那么难?

2021-07-29 14:09:40 655 字数:1129字 水星

  水星是距离太阳最近的行星。由于它总是依偎在太阳附近,多数时间都掩藏在太阳的光辉之中,我们只有在清晨或傍晚,水星与太阳分处在地平线上下的短暂时间内,才有可能见上水星一面。等待水星“赏脸”实在不容易,著名天文学家哥白尼就遗憾自己一辈子没见过水星。

  20世纪后半叶,掌握了航天技术的人类想派出机器人充当耳目,对水星看个究竟。然而,探测器要想飞向水星却不是一件容易的事。水星的直径只有地球直径的约1/3.到太阳的距离约占日地距离的1/20.太阳风强烈。这就对航天技术提出了许多要求。

  离太阳越近的天体,公转的速度越快。当我们的探测器出发前往水星时,如果不在适当的时机减慢速度,可能无法进入水星轨道,而是一头栽进太阳的火海中。

  那如何减慢速度呢?常规方法是在探测器上安装小型火箭,在适当时机沿前进方向反向点火,像“踩刹车”一般把速度降下来。聪明的科学家利用大行星的引力来踩“免费刹车”。当探测器掠过大行星时,在大行星引力的作用下,探测器的飞行速度和方向都可以改变。探测器掠过行星时,选择从行星的“面前”或“背后”掠过,就可以做到给探测器“踩刹车”或“踩油门”,从而节省需要的燃料和时间。去水星,为避免进入太阳引力场,需要“踩刹车”;而去木星或土星,那就需要“踩油门”啦。不过,“免费”也是有代价的——需要耐心等待这种加力行星正好出现在相应的位置上,这样的机会有时非常难得。

  此外,水星的位置极为靠近太阳,探测水星的航天器不得不承受强烈的太阳辐射和高温炙烤。在那里,每平方米面积会受到1.4万瓦热量的侵袭,是地球轨道上的10倍。这对探测器的温度控制、姿态控制和辐射防护提出了非常苛刻的要求。

  截至2012年,去过水星的探测器只有两个。1973年,美国的“水手10号”从地球出发,途经金星“踩刹车”,并观测了金星的云层。随后,它3次掠过水星,拍下了45%水星表面的照片。它发现水星有微弱磁场和巨大的铁质核心;水星表面布满了撞击坑,非常像月球;水星大气层的密度只有地球的0.3%,主要由氦组成;由于离太阳很近又缺少足够的大气,水星的表面温差很大,被太阳直射时高达430℃,而两极陨石坑深处则低到-180℃。

  2004年8月,美国的“信使号”出发。为了充分利用金星和地球的“刹车”功能使其速度减到足够小,最终能环绕水星运行,科学家为它设计了复杂而漫长的轨道。“信使号”一次飞越地球,两度飞越金星,三度飞越水星,最终在2011年3月进入水星轨道成为一颗“人造水星卫星”,进行高分辨率的地形地貌、表面物质成分、磁场、大气成分和近空环境勘测任务。“信使号”证实了水星具有液态铁核,且比以往认为的更大。截至2013年3月,“信使号”仍在继续观测,以回答关于水星的疑问。

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