重返破曉時(shí)刻——“黎明”號(hào)的旅程

□ 搖 光

太陽(yáng)系的謎團(tuán)——提丟斯的魔咒

1766年。

德國(guó)數(shù)學(xué)教師正在給學(xué)生們介紹“天文數(shù)字”——行星間的距離。在當(dāng)時(shí)，人們已經(jīng)測(cè)算出太陽(yáng)系中各個(gè)行星的位置關(guān)系，行星間的距離非常遙遠(yuǎn)，用千米來(lái)表示，簡(jiǎn)直是一堆雜亂無(wú)章的數(shù)字。然而憑借數(shù)學(xué)教師特有的敏感，提丟斯發(fā)現(xiàn)了一些蹊蹺——倘若將地球到太陽(yáng)的距離定為10，那么水星到太陽(yáng)的距離為4，金星為7，地球?yàn)?0，火星為16，木星為52，土星為100，那么把這組數(shù)字減去4，就會(huì)得到0、3、6、12、48、96這樣一組有規(guī)律的數(shù)字，只是中間少了一個(gè)24。提丟斯對(duì)于24的失蹤很不滿意，斷言那里定會(huì)有一個(gè)不為人所知的天體。

提丟斯的斷言如同一個(gè)魔咒，引得人們?cè)谶@個(gè)未知的區(qū)域瘋狂搜尋，不久便有所斬獲——“谷神星”首先出現(xiàn)在眾人眼前。谷神星的軌道非常符合提丟斯的預(yù)言，但令人沮喪的是，它的個(gè)頭太過(guò)渺小，根本算不上行星。不甘心的人們又開(kāi)始繼續(xù)搜索，沒(méi)想到在谷神星之后，智神星、婚神星、灶神星以及眾多更小的天體陸續(xù)在這個(gè)區(qū)域被發(fā)現(xiàn)。于是人們明白了：被提丟斯預(yù)言的這個(gè)位置上，并沒(méi)有像火星或者地球這樣的行星，只有不計(jì)其數(shù)的小天體組成的“碎石塊”區(qū)域——小行星帶。

“黎明”號(hào)的飛行路線圖

尋找失落的太陽(yáng)系——“黎明”計(jì)劃

“黎明”號(hào)的等離子推進(jìn)器

人們朝思暮想的行星，就這樣化為泡影。預(yù)言中的那個(gè)行星去了哪兒？這些小石塊又是從何處而來(lái)？會(huì)不會(huì)來(lái)自于一個(gè)大個(gè)子行星的爆炸碎裂？還是在太陽(yáng)系形成之初，這里就沒(méi)有形成行星？神秘的小行星帶給人們留下無(wú)窮無(wú)盡的疑問(wèn)，不過(guò)有一點(diǎn)是肯定的，這些小行星是太陽(yáng)系珍貴的化石——它們沒(méi)有條件經(jīng)歷劇烈的地質(zhì)改變，至今還攜帶著太陽(yáng)系形成初期的信息。如果人類想要知道太陽(yáng)系如何形成，還要聽(tīng)這些“碎石塊”來(lái)講過(guò)去的故事。為了能到這些小天體上一探究竟，“黎明”計(jì)劃啟動(dòng)了。這是一個(gè)讓飛行器飛入小行星帶，進(jìn)入引力勢(shì)范圍后環(huán)繞拍攝小行星細(xì)節(jié)的計(jì)劃。

如今，我們可以對(duì)宇宙的創(chuàng)生，膨脹指指點(diǎn)點(diǎn)，但對(duì)于自己居住的這個(gè)地球，以及地球所在太陽(yáng)系如何產(chǎn)生，還難以說(shuō)清。該計(jì)劃取名為“黎明”，寓意著這個(gè)項(xiàng)目旨在通過(guò)探測(cè)這些太陽(yáng)系中的“化石”，來(lái)揭示出太陽(yáng)系早期演化的故事。

不過(guò)，對(duì)于那些現(xiàn)實(shí)人來(lái)說(shuō)，“黎明”計(jì)劃還有另外的意義。

在地球上，許多資源都是宇宙的饋贈(zèng)：鋼鐵——這是大質(zhì)量恒星產(chǎn)生的物質(zhì)，要經(jīng)過(guò)千萬(wàn)年的積累；煤炭石油天然氣——這是生物在數(shù)億年的時(shí)間中悄悄積累太陽(yáng)能才攢下的一點(diǎn)財(cái)產(chǎn)；貴金屬——這是超新星爆炸時(shí)產(chǎn)生的稀有物質(zhì)。有限的資源決定了它們的命運(yùn)，資源的價(jià)格總是在節(jié)節(jié)攀升。如果有一天你發(fā)現(xiàn)鋼鐵的價(jià)格突然暴跌，那么就會(huì)有這樣一種可能：人類開(kāi)始在小行星上開(kāi)采資源了。飄蕩在火星與土星間的小行星們是天然的礦床，根據(jù)天文學(xué)家的光譜觀測(cè)結(jié)果，很多小行星的鐵鎳含量非常之高，甚至可能蘊(yùn)含金銀鉑等貴金屬。雖然“黎明”號(hào)并沒(méi)有著陸到小行星上的任務(wù)，但給小行星畫(huà)一張地圖，已經(jīng)夠讓人眼饞的了。

目標(biāo)？眾神之星！

2007年，“黎明”計(jì)劃在緊張進(jìn)行著。選定目標(biāo)天體，也是計(jì)劃進(jìn)行中的一部分。由于探測(cè)器需要環(huán)繞天體，那么大個(gè)頭的天體在探測(cè)難度上來(lái)說(shuō)相對(duì)低一些，因?yàn)樽銐虻囊梢詫⑻綔y(cè)器牢牢抓住。在小行星帶中這樣的大個(gè)頭并不多。早期發(fā)現(xiàn)的谷神星、灶神星、智神星和婚神星號(hào)稱小行星中的“四大金剛”，但它們并非都因個(gè)頭大而聞名。

谷神星是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的小行星，直徑有近1000千米，形狀近似為球形——要知道絕大多數(shù)小行星不是球形的，比如今年年初飛臨地球的“愛(ài)神星”就呈香蕉形。也正因此，谷神星現(xiàn)在有了新的身份——矮行星。2008年，國(guó)際天文學(xué)會(huì)對(duì)太陽(yáng)系天體做了重新劃分，將原來(lái)的九大行星縮減為八個(gè)，而像冥王星這種個(gè)頭不大，但圓潤(rùn)，且軌道附近還有其他天體的，叫做“矮行星”。隨著矮行星定義的出現(xiàn)，太陽(yáng)系中的冥王星、鬩神星、妊神星、鳥(niǎo)神星和谷神星被劃為矮行星。有意思的是這四個(gè)矮行星中，只有谷神星處于小行星帶，其余四個(gè)都屬于遙遠(yuǎn)的柯伊伯帶天體，甚至更遠(yuǎn)的天體。由此可見(jiàn)谷神星是多么值得“黎明”號(hào)去拜訪一番啊！

熱真空試驗(yàn)

除了巨大而圓潤(rùn)的谷神星，還應(yīng)該去探測(cè)誰(shuí)呢？雖然小行星帶可稱得上是一個(gè)大的部落，這個(gè)部落也由一個(gè)個(gè)家族構(gòu)成。在部落靠近地球最近的一側(cè)，分布著“灶神星族”小行星，其中最大的就是灶神星。灶神星也是最大的幾個(gè)小行星之一，直徑約為500千米，形狀近似為扁球形，不是很規(guī)則。也由于模樣的原因，它被暫排除在矮行星范圍之外，目前仍然屬于小行星成員。距離地球近，成了它引人注目的原因，于是被選為另一個(gè)“黎明”號(hào)探測(cè)的目標(biāo)。

谷神星和灶神星雖然都屬于小行星帶，它們的結(jié)構(gòu)完全不相同，谷神星表面可能有冰層存在，而灶神星表面是干燥的玄武巖。先接近較近的灶神星，環(huán)繞探測(cè)，然后再啟動(dòng)加速奔往谷神星，再環(huán)繞谷神星探測(cè)——于是，“黎明”號(hào)的旅程就這樣被定了下來(lái)。

攜帶行囊，“黎明”號(hào)啟程！

“黎明”號(hào)長(zhǎng)成什么模樣？中間方方正正，兩側(cè)各支出一個(gè)巨大的翅膀——那是太陽(yáng)能帆板，可以像太陽(yáng)能熱水器那樣從太陽(yáng)光線中獲取能量。中間的方塊是核心部分，包括推進(jìn)器、控制系統(tǒng)和一堆探測(cè)裝置?！袄杳鳌碧?hào)的推進(jìn)器非常值得大書(shū)特書(shū)一番，因?yàn)檫@是第一次在科學(xué)探測(cè)器上采用離子引擎。所謂離子引擎，就是將攜帶的推進(jìn)劑電離成等離子，然后由電磁感應(yīng)產(chǎn)生推力。與以往的火箭推進(jìn)器相比，所需的推進(jìn)劑會(huì)大大減少，一方面讓探測(cè)器“瘦身”，一方面可以獲得更遠(yuǎn)的航程。

“黎明”號(hào)飛越小行星

鈦合金容器

然而，“黎明”號(hào)的旅行被一再耽擱。原計(jì)劃2006年的“黎明”號(hào)發(fā)射被一再推遲，原因多種多樣，最重要的是經(jīng)費(fèi)緊張，項(xiàng)目不得不叫停。計(jì)劃被推遲到2007年7月發(fā)射，然而笨手笨腳的工程師卻讓發(fā)射不得不再一次推遲——探測(cè)器的能量來(lái)源之一是接受太陽(yáng)能的帆板，就好像很多太陽(yáng)能熱水器拼起來(lái)的那個(gè)東西，居然被工程師不慎用工具劃傷了。計(jì)劃只能再延后。再后來(lái)，舉世矚目的火星探測(cè)器“鳳凰”號(hào)發(fā)射，“黎明”號(hào)為其讓路?？傊?，到2007年9月27日，“黎明”號(hào)才發(fā)射升空。

“黎明”號(hào)開(kāi)始了遠(yuǎn)行，行囊中滿滿當(dāng)當(dāng)。相比于調(diào)節(jié)系統(tǒng)和推進(jìn)裝置等必備裝置，人們更加關(guān)心它到底攜帶了哪些科學(xué)儀器，這些儀器又能拍到怎樣的照片？發(fā)現(xiàn)怎樣的秘密？

第一個(gè)設(shè)備，叫做“幀式照相機(jī)”，這是一臺(tái)相機(jī)，擁有20毫米口徑，150毫米焦距，7.5的光圈，后端配備了1024像素X1024像素的幀轉(zhuǎn)移CCD。有人看了這個(gè)配置，不禁感到奇怪，怎么看起來(lái)還不如家用相機(jī)厲害？這是由它的工作方式?jīng)Q定的。這種相機(jī)就是用來(lái)一點(diǎn)一點(diǎn)掃描出天體的全貌，而且可以在7個(gè)色彩范圍進(jìn)行拍攝。由于這個(gè)相機(jī)對(duì)整個(gè)計(jì)劃來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因此“黎明”號(hào)攜帶了兩臺(tái)，以備不時(shí)只需。

探測(cè)器

“黎明”號(hào)攜帶的另外兩個(gè)設(shè)備，分別是光學(xué)-紅外成像攝譜儀，和伽瑪射線-中子探測(cè)器。前者可以在400個(gè)色彩個(gè)范圍拍攝圖像，后者則可以用來(lái)測(cè)量氧、鎂、鋁、硅、鈣、鈦、鐵，甚至鉀、釷、鈾等元素的豐度。

從遠(yuǎn)觀到細(xì)打量

“黎明”號(hào)啟程了，慢慢從人們視線中消失，這是作為一個(gè)航天器都逃不出的宿命——人們要花上一兩年甚至幾年十幾年來(lái)等待，而在這個(gè)期間，公眾會(huì)把它忘卻，只有參與“黎明”號(hào)計(jì)劃的人，才會(huì)盯著它一直不放。

小行星帶

2009年2月，“黎明”號(hào)見(jiàn)到了火星。這個(gè)大家伙的引力會(huì)助“黎明”號(hào)一臂之力，加速向灶神星沖去。當(dāng)然，既然到了火星就要不虛此行，“黎明”號(hào)順便拍了一些照片，這些照片將作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)使用。

2011年3月，又飛行許久的“黎明”號(hào)再次睜開(kāi)眼睛，工程師將對(duì)它進(jìn)行的一次全面體檢。再不久，“黎明”號(hào)將開(kāi)始自己的工作，環(huán)繞灶神星拍攝。此時(shí)灶神星在“黎明”號(hào)看來(lái)，還是一個(gè)小光點(diǎn)。到了5月，“黎明”號(hào)第一次拍攝了灶神星的畫(huà)面，但說(shuō)實(shí)話，還不及哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在地球上空拍攝的清晰。

不過(guò)到了6月，“黎明”號(hào)的威力開(kāi)始顯現(xiàn)，灶神星上坑坑洼洼的結(jié)構(gòu)已經(jīng)依稀可見(jiàn)。到了7月初，灶神星清晰地如同一個(gè)干癟的核桃。之后，“黎明”號(hào)拍攝了灶神星的南極部分，這僅僅是飛船工作的開(kāi)始，7月16日，飛船進(jìn)入環(huán)繞軌道，眾人期待已久的灶神星“高清地圖”就要立即出爐了。

8月初，在地球上翹首以盼的人們接收到“黎明”號(hào)發(fā)出的第一批照片，人們得以仔細(xì)打量這個(gè)未知的世界。這個(gè)天體一眼看上去，其實(shí)有點(diǎn)像我們用望遠(yuǎn)鏡看到的月球，上面布滿了一個(gè)個(gè)隕擊坑。不過(guò)它的形狀并不那么渾圓，更像一個(gè)氣不足的皮球，或者一個(gè)干癟的核桃。這些隕擊坑大大小小形態(tài)各異，比較有意思的是三個(gè)很大的坑排列成一字，好像人們冬天堆砌的雪人，于是有人干脆叫這個(gè)特征為“雪人”了。在灶神星的南極部分有一個(gè)巨大的撞擊痕跡。

對(duì)于這些地質(zhì)構(gòu)造，公眾關(guān)注的是它奇特的外形，以及漂亮的風(fēng)景。而對(duì)于天文學(xué)家而言，特殊的地貌揭示著這個(gè)星球的與眾不同。經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)月的數(shù)據(jù)整理，一些關(guān)于這個(gè)星球的秘密正在慢慢揭開(kāi)。從這些撞擊產(chǎn)生的痕跡可以判斷，在這個(gè)外表看似平靜的石頭星球地下，可能曾經(jīng)有一個(gè)涌動(dòng)的巖漿海洋。對(duì)于太陽(yáng)系中的星球而言，巖漿海洋出現(xiàn)時(shí)，整個(gè)星球都正在經(jīng)歷一個(gè)熔融狀態(tài)。當(dāng)巖漿海洋一層層慢慢冷卻，就形成了像地球、火星那些巖石質(zhì)行星一副堅(jiān)不可摧的模樣。

灶神星

灶神星上的另一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)看起來(lái)有些顛覆，比如那些在隕擊坑中央出現(xiàn)的山峰——其實(shí)在月球上，這種隕擊坑中的山峰并不少見(jiàn)，像哥白尼這些年輕的隕擊坑中就是山峰聳立。這種山峰實(shí)際上是撞擊反沖形成的。而在灶神星上，這些隕擊坑中的山峰顯得特別寬闊而高大。其實(shí)這個(gè)現(xiàn)象也好理解：在灶神星這種小質(zhì)量天體上，引力作用相對(duì)微弱，因此撞擊反沖形成的中央峰也會(huì)比月球上大很多。

其實(shí)，在這次探訪灶神星之前，天文學(xué)家對(duì)灶神星也并非一無(wú)所知，這是由于人們?cè)诘厍蛏习l(fā)現(xiàn)了一些隕石。根據(jù)望遠(yuǎn)鏡拍攝的光譜和這些隕石的成分分析判斷，這些隕石可能來(lái)自于灶神星?！袄杳鳌碧?hào)的觀測(cè)數(shù)據(jù)再次證實(shí)了這一點(diǎn)，這些隕石富含輝石、鐵質(zhì)和鎂元素。在地球上發(fā)現(xiàn)的6%的隕石可能來(lái)自灶神星，它們是怎么跑來(lái)的呢？又是撞擊！灶神星表面的坑洼已經(jīng)說(shuō)明了這一點(diǎn)，不過(guò)，灶神星上最大的隕擊坑非常年輕，只有10億歲，要知道在月球上類似的地質(zhì)結(jié)構(gòu)要比它年紀(jì)大得多！為什么灶神星上有這些年輕的巨大撞擊痕跡，目前還沒(méi)有一個(gè)好的解釋。

再啟程

“黎明”號(hào)表現(xiàn)良好，人們計(jì)劃讓它在灶神星周圍多呆40天。到2012年8月26日，“黎明”號(hào)將結(jié)束在灶神星為期一年多的訪問(wèn)，繼續(xù)自己的征途。

下一站，便是小行星帶上唯一具有矮行星資格的天體，曾經(jīng)的一號(hào)小行星，谷神星。

按照計(jì)劃，2015年1月，“黎明”號(hào)就會(huì)抵達(dá)那里。掐指一算，還有兩年半的時(shí)間。于是在這段時(shí)間里，它又將從大眾的視野中淡出。為它牽腸掛肚的，還是那些參與計(jì)劃的天文學(xué)家們。

那么，祝你一路順利吧，“黎明”號(hào)。

相關(guān)鏈接

“黎明”號(hào)小行星探測(cè)器簡(jiǎn)介

“黎明”號(hào)小行星探測(cè)器，是由美國(guó)研制，第一個(gè)探測(cè)小行星帶的人類探測(cè)器，也是第一個(gè)先后環(huán)繞谷神星與灶神星這兩個(gè)體積最大的小行星的人類探測(cè)器。2007年9月27日早7時(shí)34分從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射升空?？茖W(xué)家認(rèn)為，探測(cè)灶神星和谷神星將有助于了解太陽(yáng)系的起源，因此將這個(gè)項(xiàng)目取名為“黎明”。

多冰的“谷神星”是小行星帶第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的天體，也是體積最大的?？茖W(xué)家推測(cè)，“谷神星”25%的成分可能是水，與“灶神星”差別很大。望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)顯示，“谷神星”表面布滿粘土、碳酸鹽和其它形成水所需的礦物質(zhì)，因此這里也可能為生命形成提供了條件。

“黎明”號(hào)此次配有三種科學(xué)儀器——幀式照相機(jī)、光學(xué)-紅外成像攝譜儀、伽瑪射線-中子探測(cè)器，它將從不同高度對(duì)兩個(gè)天體進(jìn)行探測(cè)，研究太陽(yáng)系早期環(huán)境及形成過(guò)程。

組裝“黎明”號(hào)