“水手10”號初探水星
水星是離太陽最近的行星,直徑的平均值為4 879千米,約是地球的1/3。論個兒大小,它在太陽系八大行星中排行老末,但比起太陽系所有大行星,水星的繞日軌道最為扁長。作為類地行星的水星,有些物理參數接近地球,如密度和年齡:其表面形狀和對陽光反射率又與月球類似,因而對其探測和研究,可以幫助人類深化對地球與月球演變歷史和趨勢的認識。
在此之前,人類只向水星發射過一個航天器,那就是“水手10”號。它于1973年11月3日首次發射升空。1974年2月5日,它從距金星5760千米的地方飛過后繼續朝水星前進。1974年3月29日,它從離水星表面700千米的地方通過,然后進入周期為176天的公轉軌道,環繞太陽運行。1974年9月21日,“水手10”號第二次經過水星:1975年3月6日,第三次從水星上空330千米處經過。此時,“水手10”號耗盡了使它保持穩定位置的氣體,因此無法再對水星做進一步研究。但這3次近距離觀測已拍攝到了超過1萬張照片,涵蓋了水星表面積的57%。
這些照片表明,水星表面酷以月球,密布著大大小小的環形山,其周圍仍有明顯的輻射條紋,說明未經風化,大氣非常稀薄。在水星表面也看不到被侵蝕過的痕跡,說明不存在水。“水手10”號還發現水星有磁場,雖然其磁場強度僅為地球磁場的1%左右,但磁場位形與地球相似,也是偶極場。同時,由于太陽風中帶電粒子的壓力作用,使水星磁場發生變化,也形成一個與地球類似的磁層。
“信使”號再探水星
相對于火星和金星的航天探測來說,水星顯得冷清得多。正因如e6c9089a08266ce117603bfa2f4b6c10此,人們一直關心有關水星的航天探測動態。1997年4月,美國航宇局決定研制一個名為赫米斯的航天器,后來改名為“信使”號,準備21世紀初發射到環繞水星的軌道,對水星開展多方面的探測工作。
美國航宇局本來安排于2004年7月用“德爾塔2”型運載火箭,從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地起飛發射“信使”號,但由于此前火箭出現故障,故而不得不向后推遲。2004年7月15日,美國航宇局的科學家決定于8月2日發射“信使”號探測器。但出人意料的是,8月2日基地上空突然出現了濃密的云層,不得不又將發射時間后延1天,直到8月3日才發射。值得慶幸的是,此次發射“信使”號總算沒有錯過良機。因為據計算,發射窗口的最后時間為8月13日,如果錯過升空時機,發射工作就要等到2005年。
“信使”號是繼“水手10"號30年后,人類探測器首次對水星進行全面的環繞探測。科學家們希望它能完成對整個水星表面的測繪工作,驗證水星極高密度的理論,分析水星的地質史,研究水星內核結構與磁場,并對水星的化學組成成分等進行確定,同時在水星兩極背陽的環形山中尋找固態水。
按照計劃,“信使”號發射升空后,并不是直接進入水星軌道,而是先相繼飛掠地球1次、金星2次、水星3次,再進入水星軌道。之所以選擇這樣一條迂回路線,是為了減輕”信使”號的載荷,從而降低研究成本。
3掠水星“看”究竟
2008年1月15日凌晨,“信使”號第一次飛掠水星,其軌道距離水星表面最近時只有約200千米。2008年10月6日,“信使”號第二次近距離飛越水星,首次窺見了水星西半球的真面目,對此前未被觀測面積的30%進行了拍攝,傳回1200多張水星表面圖像,記錄了一些以前從未見到的地形。其攜帶的科學儀器首次探測了水星表面的礦物化學組成,研究了水星磁場和引力場情況,探測了水星環境,拍攝了水星稀薄的大氣,并記錄了水星磁層中的高能粒子和等離子體。它的激光高度計還獲得了水星的地形測量數據,這使科學家能夠首次把水星表面的高清晰度地貌圖片和高分辨率地形測量數據聯系起來,對水星地表地質進行研究,并發現與月球、火星的表面不同。“信使”號的分光計對水星大氣層最外圈進行了觀測,并搜尋到鈉、鈣、鎂以及氫原子的蹤跡,其中鎂是首次得到確認。
綜合“信使”號2008年兩次近距離飛掠水星和“水手10”號3次探測水星共拍攝的7400多張照片及獲得的相關數據,人類發射的航天器己觀測水星約95%的表面面積,其中”信使”號占50%,“水手10”號占45%。對比“信使”號兩次飛掠所得的水星磁層圈觀測數據,科學家發現,磁層圈包圍著水星,由水星內部的磁場控制。而且,水星的東半球和西半球的磁場是高度對稱的。
2009年9月29日,“信使”號第3次飛掠水星,使得水星表面測繪面積擴大到98%。此次探測發現,水星有一處中間凹陷、四周明亮的區域。科學家分析認為,這可能是火山遺跡。同時發現一個直徑達290千米的巨大雙環撞擊盆地,還在水星表面發現了大量的鐵和鈦。此外,“信使”號還對水星外大氣層進行了更為細致的觀測,科學家通過對比前兩次數據發現,水星上也存在季節變換,外大氣層中的鈉、鈣、鎂等的含量隨季節都有不同的變化,這些研究結果對分析水星整個大氣層提供了重要信息。該次飛越已成功實現了借助水星引力改變“信使”號飛行路線的目的。
成功入軌肩負重任
在太空疾馳6年半、88.4億千米后,“信使”號于2011年3月17日成功“滑進”一條短半徑為201千米、長半徑為15 000千米的橢圓軌道,開始為期1年的環水星飛行。經過一段時間在軌調整,“信使”號從4月4日開始對水星展開探測,研究水星物理特征、化學組成成分、水星磁場以及水星兩極坑底是否存在水冰。它己成為水星的第一顆人造衛星,故能對水星整個表面進行拍攝、測繪和遙感考察,將幫我們揭開水星神秘的面