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追踪火卫―行动

作者:未知

  俄罗斯曾于2009年初宣布,最早将在2009年10月向火星的卫星(简称“火卫”)福波斯发射“福波斯一土壤”飞船,飞船将登陆福波斯,并提取这颗火卫的一些表面样本带回地球。这引起了国际天文学界的广泛关注,天文学家称“福波斯一土壤”计划是有史以来“最大胆的无人太空探测计划之一”。可令人遗憾的是,到2009年9月,俄罗斯又宣布,因需要进一步完善,“福波斯一土壤”飞船的发射将推迟到2011年。
  事实上,在火星探索方面,俄罗斯人一直都不走运。自1960年以来,他们已经向火星发射了20艘飞船(探测器),但这些飞船要么彻底失败,要么遭遇严重的技术问题。而这一次的“福波斯一土壤”任务如果能成功完成,足以让俄罗斯人挽回全部面子。天文学家为什么对福波斯情有独钟呢?
  
  设想:移民火星用它当跳板
  
  火卫福波斯是于1877年8月18日由天文学家阿萨夫・霍尔在位于华盛顿特区的美国海军天文台首次发现的。“福波斯”这个名字取自于希腊神话中的恐惧之神福波斯,他是阿瑞斯神(即火星)之子。在火星仅有的两颗卫星中,福波斯是较大的、距离火星较近的一颗。火星的另一颗卫星是德莫斯(也是由霍尔率先发现的)。中国称福波斯为火卫一,称德莫斯为火卫二。
  福波斯是一颗小天体,在距离其母行星火星核心约9377千米的轨道上运行,与火星之间的距离比其他任何已知卫星与母行星之间的距离都近。天文学家之所以对这样一个小天体感兴趣,是因为他们认为通过探测它可以了解太阳系早期历史的很多信息,例如地球的卫星月球和其他行星的卫星是怎样形成的,小行星的碰撞在塑造类地行星(或岩石行星)方面起了什么样的作用等等。
  与地球的卫星月球不同,福波斯是一块土豆形状的大岩石,宽约20千米,长约27千米,颜色黑得像煤。在福波斯表面,有一个宽近10千米、名叫史蒂克妮的陨击坑,它看上去十分抢眼,是一次几乎将这颗“侏儒卫星”撞碎的大碰撞的证据。福波斯距离火星很近,仅约6000千米,而地球与月球之间的平均距离长达约39万千米。由于靠近火星,福波斯每7小时39分钟就环绕火星一圈,这使得福波斯上的一个月还不到一个火星日的1/3。而过于靠近火星,受潮汐力(火星引力)影响,福波斯的轨道不断减小,越来越靠近火星。因此可以说,在经历45亿年的演化后,现在的福波斯已经大限将至。
  也正因为距离火星很近,且其一面总是朝向火星,所以福波斯是观测火星的一个好地方,也因此可能成为载人探索火星的前哨站。更重要的是,如果人类在福波斯上面建立前哨站,可以很好地避开太空辐射――既能得到火星的庇护,又能得到福波斯本身的保护。控制人员甚至可以在福波斯的表面遥控火星表面的机器人,从而消除原本不得不忍受的10分钟一20分钟的讯号迟延――火星巡游车把讯号发回地球需要10分钟~20分钟。
  当然,在我们制订福波斯人类前哨站蓝图之前,必须深入了解这颗火卫的情况,但科学家眼下连福波斯的构成也不十分清楚。他们推测,福波斯同一组被称为碳粒陨星的小行星相似,都是太阳系形成时期余下的残块,在这些原始的天体中包含着构筑生命大厦的“砖头”――氨基酸,并且至今保持着原貌。科学家还根据福波斯和德莫斯特有的构成推测,它们可能原本就是被火星引力所俘获的小行星。不过,这一推测远非定论。
  对天文学家来说,福波斯是一个有趣的天体,他们期待“福波斯-土壤”届时能把福波斯的土壤样本带回地球,这样他们就可以详尽分析其成分和年龄,进一步了解福波斯的历史,从而更深入地揭示太阳系形成时期的情况。
  
  奇特:去远方比到近处更容易
  
  按理说,人们更关注的应该是火星这颗红色行星本身,而不是火星的卫星。那俄罗斯人的“福波斯-土壤”的探测目标为什么不是火星,而是福波斯呢?对这个问题的回答你可能难以相信一从地球发射一艘无人飞船往返福波斯,比从地球往返月球还容易。这是怎么一回事?
  通常人们根据直觉认为,太空飞行所需的能量一定跟太空飞行的距离有关。但实际上,与人们的直觉相反,根据轨道机理法则,在太阳系中的两点之间旅行所需的能量,与这两点之间的距离几乎没有关系,而与一个叫做“德尔塔-V”的参量有很大的关系。所谓“德尔塔-V”,是指飞船用以从一个轨道转到另一个轨道所需要的速度改变值。“德尔塔-V”的大小取决于下列因素:飞船出发点与到达点的引力场强度;飞船在远离或接近太阳时所需的能量;飞船能从大气制动(在一颗行星的大气层中飞过以帮助减速)中获得多少帮助。
  实际上,从地球上发射一艘无人飞船到福波斯比到月球还容易――一艘无人飞船从地球往返福波斯,所需的总“德尔塔-V”简直低得惊人,只相当于地球和月球的往返之旅所需的约80%。这一方面是因为福波斯的引力微弱;另一方面,要让飞船直接到达火星表面,然后重新回到轨道,所需的“德尔塔-V”也比前往福波斯大得多。这就是说,在福波斯表面建立并维持一个人类前哨站比在火星表面要容易得多,成本也会低得多。
  假如该任务取得成功,“福波斯-土壤”将成为在地球与福波斯之间的太空高速路上往返的第一艘地球飞船。届时,这艘1吨重的飞船将首先进入环绕火星的轨道,开始远距离地探测福波斯。待科学家选定登陆地点后,飞船就会登陆福波斯。之后,飞船将伸展一只机械臂,开始搜集福波斯表面的土壤和岩石样本,并最终将样本带回地球。重要:了解太阳系早期历史
  行星学家希望通过分析福波斯的土壤样本来揭示这颗火卫内部的性质。这是因为在漫长岁月里福波斯的内部和表面之间一直在进行物质交换。福波斯的密度很低,仅相当于一般玄武岩的约2/3,这意味着福波斯可能与太阳系小行星带外围那些富含水分的天体相似。如果要把福波斯作为载人登陆火星的前沿阵地,首先必须弄清楚的问题有:福波斯是否含有水,如果有的话有多少水,水以何种形式存在、存在于何处等等。找到这些问题的答案,无疑将有助于确定以何种方式载人前往火星。
  福波斯的外表也有诸多奥秘待解。除了巨大的史蒂克妮陨击坑之外,其表面还有一系列长长的陨击坑,这是火卫二德莫斯所不具备的特征,而且迄今为止由太空探测器拍摄过的6颗常规小行星也都不具备这些特征。有一种理论认为,福波斯的这些陨击坑是古老的蒸汽喷口,是远古一次灾难性碰撞的遗产,这次碰撞碰裂了福波斯的地壳,加热了福波斯的内部。使蒸汽喷涌而出。假如这种假说成立,对未来的载人火星之旅来说当然是好消息,因为喷气口标志着含水矿物质层所在的位置,或许下面深埋着大量的水冰。
  第二种猜测则没那么诱人了,这些陨击坑是火星潮汐力或天体撞击导致的裂缝,正是潮汐力和撞击导致了福波斯整个变形。
  第三种理论认为,福波斯表面的陨击坑链与火星古代遭遇的多次碰撞有关。火星在过去遭遇的一些陨星撞击力度非常之大,以至于被撞出的火星地壳碎块以大大高于逃逸速度(指能挣脱火星引力的最低速度)的速度飞向太空。科学家在地球上发现了一些明显是起源于(即来自于)火星的陨石,它们显然是在太阳系中飘飞了一阵子之后才登陆地球的。既然火星碎片能够到达地球,那么其中很多碎片应该在逃离火星途中撞上了福波斯,这样一来自然会在福波斯表面形成陨击坑链及其他的陨击坑地貌。
  如此看来,俄罗斯的“福波斯-土壤”计划无论何时实施,其创意本身就非常高明。考虑到它的易到达性,它确实是未来太空探索(无论是载人的还是不载人的)的一个天然前哨站。如果在从地球前往火星旅程中有一个重要的跳板之地,就非福波斯这块奇怪、有趣的太空大岩石莫属了。
论文来源:《飞碟探索》 2010年第7期
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