Deep Dive
Shownotes Transcript
了解科学 爱上科学 欢迎收听科学时评话上文书咱们讲到了美国人发射的旅行者号探测器这两颗探测器的寿命实在是太长了而且这两颗探测器也非常富有传奇色彩到现在这两颗探测器还时不时的就传回一点信号不过呢旅行者计划以后
美国人的深空探测就进入了一个假期基本上发射的探测器很少只有先驱者金星计划的两颗探测器而已还有就是美国人和欧空军联合搞的一个探测计划是用来研究地球的磁层和太阳风的就在 1978 年他们一口气发射了三颗小探测器这探测器都不大不需要拍照片因此也不需要搞什么复杂的三轴稳定
这三个探测器就长得像个圆柱体它完全采用了自旋稳定这三个探测器有两个是美国人做的有一个是欧洲人做的这三个探测器是需要协同工作的
其中第三颗探测器就被发射到了地月的拉格朗日点上这也是第一颗运行在拉格朗日点上的航天器这颗探测器运行在月亮的背后距离地球大概有 150 万公里当然了这个航天器其实也并不是牢牢的固定在这个拉格朗日点上而是围着这个点在绕八字这种轨道叫做晕轮轨道
这里是地球和月球引力场的一个安点所谓安点就是坑就相当于虚空之中出了一个坑这个探测器就在围着这个坑打转转它只要稍微调整一下就能够保持轨道的稳定这个探测器它也不太重它只有 450 多公斤它安装的都是粒子探测器什么磁场探测器太阳风探测器什么轻质补仪之类的它传回的数据又不是图像
它没有那么大数据量所以呢这个卫星的寿命也很长后来呢是因为 1986 年呢这哈雷彗星要回归也就是运行到和地球相当近的位置上于是国际上就掀起了一股探测哈雷彗星的热潮
苏联人不是动用了两颗金星探测器吗先拜访金星然后借助引力弹弓一拐弯直奔哈雷会星了当时就连日本和欧洲也是有哈雷会星的探测计划的但是美国人呢他忘了这茬了他没有专门发射卫星
所以美国人就直接调动这颗本来运行在拉格朗日点上的探测器一拐弯直接奔着哈雷彗星就去了因为这颗探测器被挪作他用了所以他这名字也就改了改成了国际彗星探索者
经过一系列的复杂变轨这颗探测器就成了绕着太阳公转的一颗人造行星而且轨道半径和地球轨道半径是差不多的这两个圈圈相当的接近有交叉点但是这两个圈圈并不重合所以这个探测器的运行周期和地球的公转周期是略微有一点差异因此相遇的机会就很少了这是一个最小公倍数的关系嘛
这颗探测器在一路之上要拜访两颗彗星在 1985 年的 9 月 11 号它穿过了贾克比尼琴诺卫星的彗尾部分这个彗星的周期很短大概是 6.6 年就能绕着太阳转圈然后到了 1986 年的 3 月份这个探测器穿过了哈雷彗星的彗尾这个时候距离哈雷彗星的本体大概有 2800 万公里
这个探测器它反正也不拍照嘛靠近了靠远了也就这么回事了啊就在这个三月份哈雷彗星周围别体有多热闹了咱们扒了手指头好好算算啊苏联的两颗探测器织女星一号和织女星二号还有日本也发了两颗探测器一颗是 1985 年 1 月 8 号发射的叫先锋号这千万别跟美国人那先驱者搞混了不是一个东西啊
还有呢另外一颗叫惠星号这个惠星号呢是 1985 年 8 月 18 号从洛尔岛发射场发射入轨的这俩探测器都不大每个探测器才 140 公斤上下它自然它也装不了多少仪器除了什么粒子探测器啦什么磁场探测器这种常规探测器以外还装了一个紫外光光谱仪啊
欧洲人发射了一颗乔托号探测器这个乔托号探测器可是带着照相机的它上面有一个望远镜它是可以近距离对哈雷彗星进行拍摄的这么多的探测器几乎都在 1986 年 3 月份靠近了哈雷彗星所以这是人类的探测器第一次组团拜访一颗天体苏联人的织女星一号是 3 月 4 号靠近哈雷彗星的 3 月 6 号就走了这
那之女星二号呢是九号飞过来的那日本的彗星号呢是三月八号飞过来的这先锋号呢是十一号飞过来的欧空局的乔托号呢是三月十四号落过哈雷彗星美国人那个国际彗星探测器那是三月下旬的事了日本的这个光谱仪啊对哈雷彗星的氢元素紫外线光谱进行了记录就发现了哈雷彗星的亮度改变来自于彗星的自转
为啥呢这个哈雷彗星它是个脏血球它自然是有的地方反光强一点长得白一点有的地方长得黑一点它不太反光所以
所以随着哈雷彗星一字之外呢这个反光它也会时明时暗的所以就会产生亮度上的闪烁这个乔托号就靠的特别近它深入到了哈雷彗星的会尾里边它是尽量靠近核心的这个脏血球距离最近的时候呢只有 800 多公里所以乔托号是拍了比较清晰的照片的
但是吧因为离得太近了这个会尾里边乱七八糟的颗粒物啊它砸到探测器了还砸到探测器歪过去了最后那个探测器慢慢自己调整姿态再调回来继续拍照但是吧你架不住这会尾里边乱七八糟小颗粒实在太多了最终这相机还是被砸坏了
不过这次探测也算不虚此行了这种机会你真的很难等你得再过 76 年才有一次机会哈雷彗星的核心部分主要是由挥发物凝结混合着星际尘埃颗粒而形成的挥发物主要是冰这东西就是个名副其实的脏血球根据乔托号传回的图片显示
哈雷彗星的这个盒啊长得实在是像个大花生米啊它长度是 15 公里宽 7 公里到 10 公里左右它只有 10%的表面是活跃的至少有三个喷流出现在阳光照射的一侧它不是脏雪球吗阳光一照好多那个雪就开始融化了就开始升华了就开始冒烟了是吧但是吧它表面有的地方太脏
它那个烟啊它冒不出来只有那几个小白点的地方能冒这样一来就导致哈雷彗星的自转呢是不太均匀的你想吧在光照的一边它在不断的往出喷雾水它喷发位置长得也不那么正对吧这样的话这一喷发就会让整个天体旋转起来但是吧你说这一转过去这三个喷发点转到背一面去了它就不喷了嘛是吧
那羊那些地方到底哪喷哪不喷我们现在也没法预料嘛它喷的角度反正是不一样位置也不一样所以哈雷彗星的这个核心部分呢它打转转自然也就会发生改变所以哈雷彗星的自转周期不那么稳定
另外因为哈雷彗星体积还挺大的喷发的也不算多估计这彗星寿命还挺长也许这家伙在 45 亿年前它就已经形成了它自形成以来基本上就没有什么太大的变化它早年间是颗花生到现在还是一颗花生这种深空探测器去探测这种小质量天体它是没有办法进入环绕轨道的它总是一掠而过
所以这些探测器和哈雷彗星相遇的时间总是很短暂这乔托探测器也不例外这乔托探测器后来就干别的去了到了 1992 年的时候他还去拜访了另外一颗彗星叫格里格斯凯勒普彗星这个乔托探测器离人家最近的时候距离不到 200 公里可以说是相当的近
可惜啊可惜啊他的相机坏了他不能拍照了但是其他仪器工作呢还是正常的
总而言之吧 1986 年的这次探测任务还是挺热闹的现在深空探测的玩家呢也不仅仅是美苏两家了那日本呢欧空局啊都已经加入进来了这也说明航天技术开始逐渐普及开始逐渐扩散了从 80 年代开始日本和欧洲两家在深空探测领域也开始变得比较活跃啊这个也是跃跃欲试啊
他美国人呢这段时间正在放假整个 80 年代中期都没有什么大动作了他们主要精力还是集中在了航天飞机上
苏联人在当时呢完成了我们前面讲过的那一大串金星探测任务以后呢开始把注意力转移到了屡屡吃瘪的火星探测任务上了只是苏联人这一次呢是另辟蹊径他们盯上了火星的卫星火卫一福波斯咱们事后来看当年苏联科学界有这么一个特点
就是他们那儿的科学家特别能够接受一些奇奇怪怪的概念啊他们往往比美国的同行胆子更大总想走点不寻常的路
比如说苏联科学家就对 UFO 这种概念接触度非常高对外星人这种概念接触度也非常高比如说那个著名的卡尔达肖夫指数这就是苏联的射电天文学家卡尔达肖夫提出来的而且他还是个行动派他还专门对着类星体 CAT-102 进行了探测
因为根据他的理论呢他是可以从类星体发出的无线电信号有没有变化分析那个地方是否存在外星人啊他对这些事是特别的感兴趣当然了在当年的苏联科学界他不仅仅是他一个人对外星文明特别感兴趣啊他都是被人家传染的他那个指导老师叫约瑟夫希克洛夫斯基啊他这老师也这德行啊
他这老师呢也是搞射电天文学的他提出对银河系中的中性氢进行观测他在 20 世纪 40 年代以前就已经确定了这银河系是含有大量的氢元素的这些氢分子也会发出一种特殊的无线电波波长就在 21 厘米左右而且这个信号很强烈是可以被探测到的
所以他在这方面的成就是非常高有很多观念都是他先提出来的他是苏联科学院的通讯院士而且还是列宁奖金的获得者他也是科普达人写了不少科普书卡尔萨根还曾经翻译过他的书从俄文翻成英文
就在 1959 年的 5 月 1 号劳动节那天这个苏联的共青团真理报就发表了希克罗夫斯基的一篇文章这篇文章讲述的就是有关火星卫星的那档子事这个希克罗夫斯基啊就提出了一个非常大胆的观点那就是火星的两颗卫星都是人造出来的啊这都是人造卫星这个设想实在有点太大胆了所以在当时啊也算是轰动一时
你掐掐那日子 1959 年呢人类发射第一颗人造卫星也没有几年呢
当时我国的人民日报还专门报道了这条消息在 1959 年的 6 月 8 号还专门在第四版发表了一篇文章写的就是对希克洛夫斯基同志的专访这个希克洛夫斯基同志啊还是非常平易近人的啊而且呢他是常年做科普他这个文笔啊啊那个口才啊都很好他一开篇先对大家进行一个简单的科普
这个火卫一叫福波斯这个火卫二叫德莫斯这个火卫一距离火星表面非常近它只有 6000 公里火卫二稍微远了一点大约是 2.3 万公里不管怎么说吧这两颗卫星长得都非常小而且长得都是歪瓜裂棗表面乌漆麻黑的长得就像两块煤渣一样和咱们的那颗天然卫星皎洁的月亮相比那真是没法比啊
而且地月之间的距离是 38 万公里这个距离还算是比较正常火卫一和火卫二那距离实在太不正常了而且火卫一的公转速度很快甚至比火星自转速度还要快所以你在火星上看着火卫一你会发现它是倒着走的这一点和地球上看月亮很不一样
那这个希克洛夫斯基到底有什么发现呢导致他提出这个火卫人造假说呢他发现了这个火卫一的高度在快速下降他的公转周期在缩短 50 年间这火卫一啊就多转了 2.5 度如果以这个速度继续加速的话按他的计算
短则 1500 万年长则 5000 万年之后这火无一是指定会撞到火星上的或者呢就是等不到撞上去这颗卫星就被火星的引力给撕碎了就解体了有人可能觉得哎呀你操这心操太远了吧这 1500 万年哦这太漫长了你至于这么大惊小怪的吗 1500 万年在天文学和地质学上那都是很短的一瞬间啊
起码人家希克洛夫斯基同志非常在乎在当时呢能够解释这个现象呢无外乎就这么几个因素首先是火星大气是有阻力的毕竟在 6000 公里的距离上啊难免还是有点大气分子啊就会对火星的卫星造成阻力造成摩擦于是呢因为它的能量下降所以它就会往下掉啊可是希克洛夫斯基算过呀在这个高度上啊
大气如果能够提供足够阻力的话那么大气的密度必须达到 3×10-16 次方克每立方米可是就凭火星那个小身板那点引力在这个高度上是不可能保持这样的大气密度
即便当年曾经有过这样的大气密度那也一定全部逃逸掉了说白了火星真是保不住它那个大气层按照系统制的计算这个不可能是大气造成的阻碍作用那么还有一种可能那就是火星上有潮水
可是火星是干的呀它没有水呀这个火星地表之下可能有液体可能也会有潮汐作用但是这种潮汐作用实在是不太大要么就是因为火星的磁场作用可是火星磁场也很优先呢最后啊这个希克洛夫斯基得出了这样一个结论那就是火卫一的密度不太对为啥密度不太对呢因为火卫一是空心的
空心的嘛它可不就是人造的嘛一般天体怎么长也长不出这个空心的是吧所以嘛希克洛夫斯基同志说了这两颗卫星太小了距离火星表面实在太近了近到了不正常的程度而且火卫一居然还在加速的坠落怎么看怎么不正常
反正呢就是希克洛夫斯基同志啊是连血带话他足足铺满了好几黑板啊啊他看的人眼都发晕了他现场就有人提问呢这两颗卫星啊重量怎么也得有上亿吨了呀你这么大个个头你要说是人造卫星这是拿什么火箭发射上去的
这个希克洛夫斯基同志信心满满的说只要再过个一二百年咱们人类也一定能搞出这么大的卫星他反正是实在太乐观了一点其实也不怪希克洛夫斯基这是在 1959 年内苏联第一颗人造卫星已经上天了这过去不敢想的事现在成了现实了这被苏联人抢先做成了那还有什么不敢想的呢
你想苏联人当时为什么敢于相信那些奇奇怪怪的理论也和这种情绪是有很大关系的你别说他们相信火卫一是空心的有些苏联科学家还相信月亮是空心的呢
到了 1961 年苏联的最高苏维埃开会的时候中间有休息时间苏联科学院的院士叶梅利亚诺夫就正好遇上了科罗廖夫没错科罗廖夫也来最高苏维埃开会了这几个人就没事闲聊叶梅利亚诺夫就问科罗廖夫你一生最大的梦想是什么科罗廖夫毫不犹豫的就回答是获位一
这时候科罗廖夫就提到了 1959 年五一节在共青团真理报上发表的这篇文章看来呢这个科罗廖夫是真的相信希克洛夫斯基的观点所以这个科罗廖夫也就把自己的愿望给说出来了将来呢是要派探测器去登陆火星的卫星顺便探测一下这个空心的卫星它到底这壳子有多厚啊是吧
这个科罗廖夫呢也是希望火星上是不是存在着先进的文明能够制造出这样先进的人造卫星了反正这些内容都记录在了叶梅利亚诺夫的回忆录里边这都是真实发生过的事但是吧科罗廖夫手头的事实在是太多了所以这个愿望一直没有办法实现根本也排不上号后来一直到他死也没搭上这边儿
这个愿望呢他就传给了拉沃切金设计局的巴巴金巴巴金后来又传给了自己的学生一直到了八十年代末这个苏联人才又想起了这档子事来了到了八十年代末呀就早就过了冷战的高峰期了这航天活动的意识形态的味道呢就早就没有那么浓厚了所以呢科学探测就是科学探测这一次呢苏联人还是和欧空局以及其他很多国家进行了合作
欧洲人当时也特别喜欢和苏联人合作毕竟当时欧洲的航天水平还不怎么样呢是吧钱没有那么多能合作当然是好事所以就是拉卧协军设计局领衔带着其他一帮机构开始一块合作搞这个火星探测这一次呢苏联人就把火卫一定为目标他们定这个目标的时候呢也是有多种考虑的
这个火为一和火为二已经被火星的引力潮汐给锁定了也就是说它们基本上只有一个面朝向火星但是吧这个火为一它并不是老老实实像照镜子一样脸儿对着火星站着不动它是在不断的摇头晃脑这种现象叫做天平动其实咱们的月球也有天平动其中包含几个因素
首先呢是月球的自转轴和轨道面它是不垂直的所以有的时候我们看到的月亮是抬着头面对着我们下巴坑坠的老高老高的有的时候呢是低着头面对着我们把这个脑瓜顶对着我们
所以这个姿态就叫上下点头这叫纬度天平动另外月球的自转基本上是匀速自转的但是月球的公转它不是匀速它走的毕竟是一个椭圆轨道这两个速度差就导致月球总在摇头这叫精度天平动所以点头和摇头以不同的周期结合起来就成了月球在那绕八字
这两种天平动呢都是视觉效果从地球上看上去月球会在那摇来摇去但是它不是真的摇但是另外一种叫物理天平动它就不一样了那是月球真的在晃动
因为月球不是一个绝对的纯圆的球它多多少少有点偏差但是相对来讲月球还是长得很圆的所以受力基本上很均匀这种物理天平动的晃动是极其微弱的但是对于火星的卫星斧 BOSS 来讲吧
就不一样了因为啊它距离火星太近另外它是一歪瓜裂枣它形状长得实在不规则所以呢这个福布奥斯几乎是拥有太阳系中最大幅度的物理天平洞这家伙是真的在摇头晃脑这不是视觉现象
摇头晃脑意味着什么呢就可以利用这种摇晃的周期来测量福波斯的质量分布什么叫质量分布啊你不是想知道福波斯是不是空心的吗空心就跟质量分布有关系你测出来这不就全知道了吗
另外苏联人还想扔两个探测器在波斯上着陆那有人可能要问你以前不是经常扔个着陆器下降到火星表面吗尽管摔下去就没消息了你这次怎么不玩了主要还是因为心理阴影面积实在是太大了
咱们这次就别玩这个这种特别小的天体它是没有大气层的而且引力几乎可以忽略不计火卫一表面的重力加速度差不多只有地球表面重力加速度的十八分之一你几乎可以不用去操心所以啊你的探测器要想接近这么一颗小天体你想往这一颗小天体上扔着陆器呢
他这个过程啊就跟那个飞船和空间站对接差不多那这种事嘛苏联人干的太熟悉了经常隔三差五的就对接一次当然了有些事咱们要一再强调啊
我再强调一个道理那就是星球的引力就像是一道陷阱你顺着井边爬下去落到地上它是要付出能量的然后你再从这个坑里头爬出来你依然要付出能量你下去一趟上来一趟你再搞个取样返回那是里外里都不划算的买卖所以
所以呢阿波罗登月啊这个登月舱尽量要小啊咱不能全下去那指令舱和服务舱最好就在那个环绕月球的轨道上等着啊就那登月舱的一点点下去这个方案才是最节约能量的方案
因此呢相对来讲福波斯是一个非常非常小的天体这就意味着这个天体构成的引力陷阱是一个非常非常小的坑你下了一趟再上去你来了再走了这耗费不了多少能量这是一个投机取巧的办法另外呢这个火卫一的表面也是经过了亿万年宇宙辐射形成的碳化合物
这些东西啊都是从太阳系形成的早期留下来的玩意儿了啊一直保留到现在可以说这个火卫一的表面上就充满了历史的沧桑感
同样他也记录什么太阳风啦宇宙射线啦微陨石啦反正这些东西都在火威的表面留下了痕迹所以火威的表面也是非常有研究价值的将来在这挖一把土带回地球很有意义
不过那也是将来的事了啊将来的事将来再说这次就算了对了这个福波斯上面呢还有一个比例非常大的陨石坑叫史蒂克尼这对研究火星卫星的起源呢很有好处啊是吧这个火星卫星里边到底是什么结构呢人家砸了一个坑展示给你啊让你好好看看啊
所以啊这个火卫一是一个非常好的研究对象按照苏联人那种简单直白不加掩饰脑子不拐弯的起名方式这颗探测器果然就被命名为福波斯探测器
还是按照过去的惯例这一次探测器也是一式两份也是双保险一颗叫做辅 BOSS1 号一颗叫做辅 BOSS2 号要是辅 BOSS1 号成功了呢辅 BOSS2 号就去探测火卫 2 那要是没成功呢那就辅 BOSS2 号去完成 1 号没有完成的任务这就叫做接力双保险了不过呢最让拉沃切金设计局工程师们头疼的问题是
福波斯探测器超重超的还挺多这个质子号火箭加上地阻上面级它只有五吨的火星轨道运载重量现在探测器呢加起来有六吨重这火箭扛不动所以大家都想办法减重几乎到了斤斤计较的地步但是你减掉了各种设备
你捡到了各种探测器的冗余它这可靠性就会下降了到最后啊大家想来想去好像捡不掉那么拉沃奇金设计局的工程师该怎么办呢我们下回再说科学声音