探测器列传：29.碎裂的彗星
25:40 Share

了解科学 爱上科学 欢迎收听《科学时评话》咱们书接上文呢咱们上文书说到啊这个伽利略号木星探测器绕着圈奔着木星就去了这一趟要借助地球和金星之间的好几次引力弹弓所以呢整个旅程就写的特别长要好几年

其实啊他但凡能早点到木星就可以近距离观察一场前所未有的天文事件了可惜偏偏他晚了一点有关这档子事呢那可就说来话长了就在 1973 年啊这一年我出生啊这个 1973 年呢美国天文学家叫尤金苏梅克和埃利诺海林发起了一个帕洛玛小行星和彗星寻天观测项目

说白了就是对太阳系内的小行星啊会星啊这种特别和地球轨道相交的这种这个小天体进行一个地探式搜索啊咱们尽量别让它漏过去这个尤金苏梅克本来他不是研究天文学的他是研究地质学的一开始他是为美国地质调查局工作啊就是让他找油矿啊这个当年搞原子弹吗你当然要找油矿了

这油矿经常会出现在火山口附近于是呢这个尤金就开始研究古代的那些火山口了在亚利桑那高原上有一大片古老的火山口于是呢尤金就去研究这些大大小小的火山口了那火山口长了千奇百怪啥模样的都有这个火山口群的西边呢就是小科罗拉多河你过了西以后再往南走就有一个孤零零的火山口

这个火山口啊它长得有点特别而且呢不太合群啊它离别人老远老远的它外观和一般火山口也不太一样想当年呢美国的地质调查局的著名地质学家叫吉尔伯特曾经得出过一个结论就是说啊这个坑它并不是直接来自于火山喷发而是来自于蒸汽爆炸所以这个坑长得特别光溜它不像一般火山口

火山口嘛它有岩浆流出来啊是吧它周围都是疙瘩大大的这家伙周围长得特别光溜再后来呢这个坑就被一个采矿出身的这个富豪给买下来了这个富豪叫巴林杰他认为呢这坑就是一个从天而降的陨石给砸出来的但是这个结论呢没有得到大家的普遍承认不过这块地和这个坑呢到现在依然是人家巴林杰家族的私人财产毕竟人家当年花了钱的

他的这个想法为什么主流的地质学界不接受呢因为当时的地质学和天文学是八杆子打不着地质学家们他不想在地球科学之外引入什么其他因素啊

到了 1930 年左右呢地质学家叫菲尔柴尔德教授才在著名的科学杂志上发表了一篇文章就是认为这个坑就是陨石给砸出来的科学杂志既然能给你登出来也就说明当时的学术界已经可以接受这种假说了那就是这坑就是陨石给砸出来的但是呢假说归假说呀你依然缺乏一锤定音的决定性证据

到了 1960 年这个尤金苏梅克就开始研究亚利桑那高原上的一大堆火山口嘛顺藤摸挖摸来摸去他就摸到河西边这个特殊的大坑了他就发现了这个大坑和内华达试验场核爆炸造成的那个大坑长得非常相似这是巨大冲击力给冲出来的

再往后呢又有其他科学家在坑边上发现了丝石英和科石英这两种晶体这两种晶体的成分都是二氧化硅但是它们的原子排列和一般的水晶是不太一样的这两种晶体只有在强烈冲击之下才能形成你只靠火山爆发呀那是搞不定的

正因为尤金和其他科学家这些发现最终是一锤定音这个大坑就是一个典型的陨石坑它就是被陨石给砸出来的这个坑就是著名的巴林杰陨石坑所以就在亚利桑那高原上凑齐了好多好多因素什么天文台啦陨石坑啦火山口啦全给你凑齐了所以从这段历史我们也能明白这些看似不相关的研究实际上它背后都是有内在联系的

所以尤金就从开始找油矿变成了研究火山口然后呢就开始研究陨石坑他的下一份工作呢就是跟柯伊博他们在一起开始鼓捣月球表面的地图了那地图上不到处都是坑吗你不是喜欢研究坑吗这回让你研究个够了还记得本系列一开头讲到的那些内容吗大家可以回忆一下反正就是一来二去尤金就转向研究天体地质学

像科伊伯这帮人都和 NASA 的关系非常紧密嘛所以后来尤金就参加了很多行星探测计划比如说我们以前讲的的勘测者计划他是参与了的后来他还参与了阿波罗计划就是负责对宇航员进行地质培训否则宇航员上了月球他哪知道哪块石头应该采集哪块是没用的嘛所以呢这事都必须提前训练

他自己也曾经接受过宇航员训练后来发现呢他有一种叫艾迪生病这种呢是一种内分泌疾病你既然如此你就当不成宇航员了嘛最后呢还是哈里森·施密特成了第一个登上月球的地质学家尤金·苏梅克在 NASA 干了好多年然后呢就来到了加州理工开始研究那些地球轨道有交叉的小天体就是经常在地球附近溜达

这种小天体包括小行星也包括彗星然后他就开始认真研究小天体撞击地球的可能性

从此他这个研究领域就彻底转向了天文学领域了在加州理工他就遇见了埃利诺梅林梅林是一位女性她是研究月球撞击坑的说白了当年在月球项目的带动之下就培养了一大批研究撞击坑的科学家这些人他有个圈子里外里都不是生人都是熟人

这个海林研究撞击坑也研究了 30 多年了所以他就和尤金两个人一拍即合就开启了帕洛玛小行星和彗星寻天观测项目说白了就是利用望远镜对天空一寸一寸的拍照就跟查户口一样这个密密麻麻都给他拍一点

这是一个非常枯燥乏味而又连续不断的工作从 1973 年开始他们一干就是干了几十年帕洛马山当时拥有口径最大的 5 米望远镜但是你用 5 米望远镜来搞巡天工作那简直是高射炮打蚊子你太大材小用了所以这个巡天项目实际上是用一台口径 46 厘米的折返望远镜完成的

在当时 CCD 这种感光器件还没发明天文观测全都需要用专用的天文感光底片进行拍摄所以这个工作量相当繁重它不可能搞成自动化

尤金的妻子呢叫卡罗琳啊她当年是尤金舍友的妹妹啊这后来俩人看对了眼就结了婚 1951 年他们结婚的然后呢这两个人就生了三个孩子卡罗琳呢曾经在学校当老师教七年级但是吧她看着这帮倒霉孩子脑袋就大了

他这人实在不适合这份工作所以呢就辞了职回家相夫交子抱孩子去了他本来就是个文科生从来没有对自然科学产生过任何兴趣但是吧跟在他老公后边耳濡目染他也逐渐就来兴趣了

要不说兴趣是最好的导师呢你想学呀你还怕没人教吗从加州理工到亚利桑那这方面高手哪有的事他就开始跟着罗威尔天文台的一个研究人员开始正式学习天文学了你看着啊亚利桑那这小圈子里边罗威尔天文台距离那陨石坑也就 50 公里大家都在一块待着嘛

从此这个卡罗琳呢也进入了这个行业后来她就开始帮助她老公啊一起开始分析观测数据了他俩这种夫妻档呢就跟那个梁思成和林徽因这两口子这种夫妻档差不多啊都是互相配合的有人可能也奇怪啊啊你这当了半辈子文科生了你突然转向理工科你能行吗

其实所谓的文科呢就是主要以归纳法为主理工科呢主要是侧重于演绎法卡罗林从事的工作主要还是采集和观测需要理解的科学原理并没有多么高深但是呢他非常需要耐心他从事的这部分工作恰好就是理工科里面比较偏向于归纳法的那一部分

一直到了 1980 年卡罗林已经 51 岁了这都年过半百了他才拿到了这个项目的正式编制到了 1989 年呢这个卡罗林也同时在北亚利桑那大学担任了天文学教授啊也就是说他真的能够成为一个职业天文学家了他们所从事的这个寻天观测项目的预算并不算多他主要不就是拍照片吗啊要花的钱也就是工资钱和胶片钱

这个胶片的费用一年给的预算也就是 8000 美元当时天文专用的这种干板非常贵他们也用不起天文干板都是玻璃片这就是为了防止成像变形但是这个东西实在太贵了最后不得已他们只能用科达 4415 胶片来代替

这种胶片是 4×5 英寸的是一张一张的单张它不是胶卷它一次要买一大包这一大包里面几十张还得用特殊的支架才能保证塑料片不变形而且这种胶片使用之前麻烦无比你得保持恒温 70 华氏度就相当于差不多 20 摄氏度左右

它得放在恒温装置里边先给它保上 6 个钟头然后呢你想提高这种胶片的灵敏度还得用硝酸银溶液去浸泡反正前面处理的工序特别麻烦不过呢这种胶片对于 690 纳米的光是最敏感的它恰好就对应着氢元素的α普现所以在天文学界呢使用也很广泛呢

主要还是因为这东西用着便宜反正呢每次拍摄都要把胶片抽出来然后放到那个感光板上再给它装到望远镜上对着天空曝光 8 分钟曝光完成以后呢就得把胶片装到另外的暗盒里面等着去下一步充其

然后就换一张胶片开始下一次曝光如果你手法特熟练的话两张片子的拍摄间隔算上换胶片算上设置前后间隔 90 秒这个手法已经是相当的熟了其实呢他们的曝光就跟插户口差不多按着顺序这块拍完了挪过去拍下一块再挪过去再拍下一块

两个小时以后再对同一个天区进行重复曝光你再拍一遍如果这前后差两个小时的同一天区照片对比有差异比如说发现有个小黑点它动了那么就说明你发现了一颗行星或者是一颗彗星这种夜间拍摄工作是非常繁重的所以经常有几个人来回的换班大家毕竟还是要睡觉的嘛

有一天呢尤金就发现有一包备用的胶片呢不小心被人打开了这谁受这么欠呢弄得一包胶片曝光了他们几个人就拿出一张来试试看是不是真曝光了呀就发现洗出照片了以后画面是全黑的杀头像也没有哪没办法呢这包用也不能再用了是吧他们就准备一包新胶片

准备新胶片嘛你还得做预热处理你还得什么拿硝酸银去泡你还得保持恒温哎呀最后折腾到夜里三点钟他们终于换上新胶片开始拍摄了一开始呢拍摄也还顺利但是没多久这天上就出云了哎呀你出了云就没法拍了嘛

这时候卡洛琳就发现呢这个天上的云层之间它是有空隙的它不是糊得那么满她干脆就冒险再试试呗咱们就对着那云缝拍呗但是她老公尤金就不同意啊一年胶片费就八千美元够买几张的呀你这每张底片都是很珍贵的冒这种险它不值啊万一拍坏了呢那对了呀那个前面不还留下半包报废的胶片吗是吧

你想吧它一大摞胶片最上边的曝光了是吧最多周围那个边缘上可能有点曝光你下边压到底下那个应该应该还好吧应该凑还能用吧估计就最下边那三分之一还能拿出来用一用那索性就废物利用呗那你你拿废物利用你总不怕白花钱了对吧

那既然商量好了这两口子就说干就干了就把昨天不小心曝光的胶片里边从底下抽出几张给换上了就对着没有云的地方继续拍就这么拍了一个晚上然后拍摄好的胶片就拿去冲洗了最后得到的是一张天文复片啊天文学拍出来的照片全是反的啊这个天空是白的小心点是黑的啊

到了 3 月 25 号的白天这个卡罗林就开始用一种叫做立体显微镜的仪器来观测前期拍摄的那些照片那照片都洗出来了其实就是把相隔两个小时拍摄的同一个天区给拿出来比对如果这两张胶片一模一样没有任何星体发生过移动那么你拿两只眼睛看这两张照片是看不出任何立体感的

但是如果有一个小天体移动过它位置不一样它就会产生立体感这时候有一个小黑点就会飘起来你要是眼睛好观测仔细就能迅速发现这个飘起来的小黑点卡罗林就是其中公认的高手他呢截止到 2002 年一共发现了 32 颗彗星和 500 多颗小行星你就说他这眼睛有多厉害吧

就这么一直折腾到下午四点多钟他发现有一个小黑点飘起来了也就是说他发现了一个移动的小天体巧了这两张照片啊偏偏还就是那天他坚持用这个已经曝光的那些胶片拍的啊要是不剪这个漏他还真就错过去了一般来讲要是你发现了一个小行星呢在胶片上应该是个小圆点啊

如果带个大尾巴呢那就是会星可这个小天体啊它长得不太一样啊它虽然也有个大尾巴但是它那个会头部分好像是被压扁了它成了一条线这到底是个啥呢这个卡罗林马上就把尤金叫过来啊您给长长眼呐尤金也觉得这东西长得好奇怪啊他马上就把同事列维叫过来一起给看看这个列维眼睛还是比较好的他就发现了

这个奇怪的天体实际上是一颗被撕裂的彗星这颗彗星已经变成了一小串颗粒巧了这一小串颗粒还偏偏排成了一条直线以前也发现过这种被撕裂的彗星但是没有排得这么整齐的正因为它排成了一条线所以在照片上才看起来像是被拍扁了

当天的天气实在是不怎么样当时的帕洛玛山上空是浓郁密幕他夜里根本就没有办法观测了所以尤金马上就提起电话给基特峰天文台的吉姆斯科蒂打了一个电话麻烦他用基特峰天文台的这个太空监视望远镜观测一下这个太空监视望远镜的口径是 1.8 米他的主管单位恰好就是亚利桑那大学的月球与行星实验室嘛

用这个大口径望远镜来进行观测显然就比尤金他们用的 46 厘米的 10 米特望远镜要强多了基特丰田文台的斯科蒂用他的大望远镜是真正找到了这颗破碎的彗星借助这个超大口径仔细看了看还真是破的于是这颗彗星就以发现者的名字来命名也就是苏梅克利维 9 号彗星

尤金和卡伦林两口子嘛他们共同的姓氏就是孙维克嘛从编号上你也看得出来这是他们两口子和列维合作发现的第九颗彗星了正因为这个彗星长得非常奇特它已经被扯成了一串太空项链了所以它就特别引人关注这个尤金到处打电话跟人嘚瑟很快天文学界就全知道有这么当子事了

大家根据后续的观测数据开始计算这颗彗星的轨道大家越算越觉得奇怪因为这颗彗星居然它不是绕着太阳旋转而是绕着木星旋转而且它的偏心率已经达到了非常恐怖的 0.98 这么大的偏心率意味着什么呢

如果偏心率等于 0 那么就说明这个轨道就是一个正圆如果偏心率是在 0 到 1 之间那么就说明它是一个椭圆如果偏心率大于 1 就意味着这个轨道已经是一个不闭合的双曲线了

现在这个家伙的偏心率达到了 0.98 也就是说它是一个非常非常扁的长椭圆而且它的进木点非常非常非常非常低低到一定程度就等于撞上木星了嘛

所以看来这颗彗星要完按照现在计算的轨道推测这个苏梅克利维 9 号彗星从 1970 年开始就已经从绕着太阳旋转变成了绕着木星旋转了说白了它是路过木星的时候被木星巨大的引力给拐骗了你知道吧正因为它是被俘获的所以它的轨道拉得非常的扁又过了快两个月以后

苏梅克两口子收到了一封来自于哈佛史密松天体物理中心小行星中心的主管叫布莱恩·马斯登博士的邮件

这位博士就告诉他俩过几天有一个重大消息要发布你们好好注意哦果然几天之后也就是 1993 年的 5 月 22 号国际天文联合会第 5800 号公报宣布苏梅克利维 9 号所有的碎块将会有很大的可能直接撞击木星预计的时间是在 1994 年的 7 月 16 号这件事就成了当年最轰动的一个新闻

天文学界可以说是摩拳擦掌跃跃欲试几乎是调动了一切资源准备观测这次千载难逢的撞击事件听到这个消息以后呢苏梅克这两口子的心情可以说是完全不一样你想啊

尤金是做梦也没想到啊他这个研究了一辈子撞击坑的天体地质学家居然有机会亲眼观测到彗星撞击木星这种事你就过一千年你都不一定能碰上一回嘛

但是他的妻子卡罗琳呢倒是有点沮丧啊他自己费了半天劲好不容易发现了一颗彗星现在倒好啊这彗星没几天活头了啊眼看就快玩完了那是怎么闹的这是

那现在好了距离撞击还有一年多时间呢在这段时间里面科学家们一直在追踪观测这颗彗星在大望远镜里边看的就特别清楚一开始发现这颗彗星分裂成了 11 块后来没几天发现又涨了涨到 16 到 17 块了最后达到了 21 块而且它们之间的分离距离越来越大估计呢有两个碎块实在太小了

就碎成了更小的粉末这两块就消失了另外呢还有些更大的块会继续分裂一直到 1994 年 7 月初撞击之前总数仍然有 20 块在阳光的照射之下呢这些项链珠子就产生了气体的喷发呈现出模模糊糊的样子但是因为观测到的水分不多所以这家伙到底是一颗彗星呢还是一颗小行星呢在当时比较难判断

大家知道啊这彗星就是一颗脏血球它含有大量的水分还有大量的什么甲烷啊什么什么二氧化碳啦所以在阳光照射之下它喷发出来的那些气体应该是能够看到水分子痕迹的也就是能够看到甲基但是小行星呢就不一样了

那小行星吧它经常是个石头球或者是个灰球就是尘土简单的粘在一起组成的灰球它被阳光照射以后它也会往出喷射尘埃但你喷出来的都是灰嘛它看不到水分

但是从后续观察的数据来看呢这个苏梅克利维 9 号应该还是一颗彗星它还是有一部分水的但是水分并不多就说明苏梅克利维 9 号这颗彗星的年龄已经相当大了因为它路过近日点的时候那水分就会蒸发然后蒸一次少一点然后下次再来再少一点水分越少就说明这颗天体年龄越大它那些水分已经蒸的没多少了

其实呢全世界各地的天文学家还在用最新的观测资料在计算苏梅克利维 9 号的撞击点要知道啊这颗彗星可不仅仅是受木星的吸引另一方面它也受到太阳引力的干扰同时木星那几颗大卫星啊它们也不是省油的灯啊它们对这个项链也是有引力影响的所以算这轨道还没那么容易

大家最关心的就是这颗彗星的撞击点到底是在哪它到底撞击在木星的哪个部位因为这涉及到如何观测如果撞击到了木星背对地球那一面那地球上就彻底没法观测了吧

当时我国的紫禁山天文台也参与了轨道预测最后大家基本上都认定撞击点是在木星的南纬 44 度左右而且是在背向地球的一侧但是这个撞击点它差不多就在地平线上

咱们从地球上是可以观测到撞击以后产生的巨大爆炸闪光的因为它那一闪吧它周围那几颗卫星会被这次巨大的爆炸所照亮这个是能看到的然后呢爆炸掀起的云团有可能非常高它会从地平线后边探出头来这叫唐老鸭扒窗户露上一小脸这个我们从地球上是能看到的

在撞击几个小时以后随着木星的自转这撞击点就会转到朝着我们这一面我们当时呢就可以看到撞击留下的痕迹尽管木星它是个流体组成的球但是撞击点依然会有烟尘会把木星大气深层的这些物质给它翻腾出来这就是研究木星内部成分的一个千载良机了

不过以我们地球人的角度来看还真的是非常遗憾因为我们没有办法直接观测到撞击的过程谁叫他不给面子撞在背面了呢但是我们就真的没有办法直接看到撞击过程吗

你别急啊是吧在太空里有伦钦 X 射线卫星尤利西斯太阳探测器还有哈勃太空望远镜这都准备好观测这次撞击了就连遥远的旅行者二号他也特地回过身来他专门对准了木星方向看看能不能获得某种信号对了

那个伽利略号正在去往木星的路上他的角度可没有遮挡哦他是可以进水楼台先得月的总之呢大家就做好了一切准备

这个苏梅克两口子还有那个立伟啊都收到了各种媒体机构和学术机构的邀请就等着 7 月 16 号那天准备现场直播讲解这次千载难逢的撞击事件这一切都准备好了地球上所有的长枪短炮都瞄准了木星就等待撞击时刻的到来有关这档子事呢咱们下回再说科学声音