探测器列传：30.彗星撞木
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了解科学 爱上科学 欢迎收听科学时评话咱们书接上文呢上文书讲到了苏维克利维 9 号彗星即将撞上木星了地球上的各大天文机构就做好了充分的准备就等着拍摄这次罕见的天文事件咱们国家的天文机构也都准备好了就等着拍摄无奈那天全国范围内天气都不太好能拍到的天文台不算多

那一天我也跟着凑热闹就弄了一个纸糊的望远镜拿一个照相机用的那种最简单的三脚架然后就架好了就等着看撞击了我那望远镜吧只有 30 多倍这个可以看到木星和它的四颗大卫星但是看不到细节这个木星啊在这个肉眼看呢也就是个大光点但是吧当时北京的天气不太好最后也就没看成那也就算了

不过呢地面上的望远镜总是会受到天气影响但是太空里边的哈勃望远镜它是一点都不受影响这家伙正死盯着木星那方向一点都没放松这个哈勃望远镜啊就属于空间望远镜研究所管理和操控这个机构的总部呢在马里兰州的巴尔德摩也就是约翰斯霍普金斯大学校内

7 月 16 号这天呢这大学校园别提多热闹了啊这大楼门口停了能有三辆电视转播车啊那顶上都架着卫星天线等着转播

这还有一大帮子工作人员忙前忙后就为电视直播做准备呢您再往里边看呢这个研究所的食堂啊现在还够热闹的啊这是临时的记者媒体大厅啊好多记者都蹲在这儿有人专门负责在电视摄像机面前对着一大堆麦克风做科普解说

这还不是主战场再往里走那个报告大厅里边那儿坐的可都是同行都是专业人员这儿的人也不少座位基本上也都坐满了但是呢好歹不像食堂那么嘈杂那么拥挤啊前边主席台上呢留着一大排的空座位看来是人还没来等到直播快开始了就由研究所领导陪着有三位嘉宾就入座了主席台

坐正中间的呢就是苏梅克夫妇这两口子旁边坐的是利北发现这颗彗星的三位天文学家都被请来当嘉宾了然后呢这大厅里边我呱啊开始鼓掌啊响起热烈的掌声

其实呢当天下午四点多钟苏梅克利维 9 号的第一个碎片也就是 A 碎片已经撞上了木星了但是呢这个撞击点呢刚好是在木星的背面其实也不是正背面啊是这个地平线刚刚下去一点但是随着木星的自转嘛这个撞击点很快就会转到朝向地球的这一面

这个过程需要几个钟头这个时候哈勃万幸才能拍到最具有代表性的照片中间的这个时间间隔就刚好可以用来开新闻媒体发布会了

当时啊这个尤金苏梅克正在给大家讲述有关木星的知识以及他们发现苏梅克利维 9 号的过程就在这个时候哈勃望远镜项目的负责人叫海地海默尔拿着一张纸快步的就走过来了然后尤金看见他走进来就知道有事了赶紧就把话筒递给了这个海默尔海默尔赶紧就把手里面那张纸给举起来了这张纸上就是刚刚打印出来的图像

在木星的南纬 44 度左右的位置上有一个大的黑斑这正是苏梅克利维 9 号的第一个碎片撞出来的烟尘这哈勃刚刚把数据发回来还没来得及做进一步处理就先打印出来让大家看一看

当然了按照先前的判断这不是最大的一个碎片砸出来的烟尘也不是最大的好戏还在后边只不过这 20 块碎片要全砸下去估计得花 6 天时间发布会不能开 6 天你看到第一块砸下去了就足以让媒体抢个头条了也可以让广大的天文爱好者过过瘾了

当然了这个现场开香槟的环节是少不了了有好事者就先开了一瓶就朝着主席台上的苏梅克夫夫以及立伟这顿交把这俩人交了个透心凉然后大家一边在下面鼓掌一边就喝酒当天一共开了两瓶香槟在场的天文学家们通通分享了这份喜悦大家那也叫一个开心呢

后来约翰斯霍普金斯大学就开放了一个解体教室就在大屏幕上一直重复播放彗星撞木星的相关节目随时报告最新的消息而且是 24 小时不间断的谁想来看谁就来搂两眼在此之前科学家们做了一系列的预测首先每个碎片撞进木星大气层的速度最高达到 60 公里每秒钟

这个速度是肯定会释放巨大的能量的会不会产生火流星的现象呢其实啊当初旅行者二号拜访木星的时候曾经拍到了一颗火流星但是这个照片吧大家没重视就没发现后来过了好久再次审阅这些照片的时候才发现还有这么个现象呢那么这次彗星撞木会不会有火流星呢是吧大家在等着

彗星撞进木星浓密大气层的时候会发生剧烈的燃烧中途就有可能发生爆炸有人计算出可能刚刚穿过大气压达到 0.58 的深度的时候就可能已经破碎了有人算出来不是这样要穿到大概 18 的冰晶云层高度它才会破碎当然了诸如此类的计算很多还有人算出来

有可能会一直撞到压力达到几百巴的更深处它才会破裂反正每一次撞击产生的爆炸能量都相当于上万颗广导原子弹的当量了这个能量是相当大的

有一些相关知识呢我们先要说清楚啊这个木星是一个流体组成的行星最外层都是气体最下边是液氢液氦这些东西的混合物中间有些部分可能是既像液体又像气体这种属于超临界状态所以你单纯的说它是个气体形容也不太合适你说它是个液体呢也不太合适所以我们就姑且称之为流体

所以木星这种天体只有最深处有一个固态的核其他部分我们是找不到固态表面的所以计算木星半径的时候我们就不得不采取一个人为规定的标准那就是以大气压达到一个地球大气为准从这开始计算木星的尺寸

地球上海平面的标准大气压大概就是一巴的样子 0.58 的压力其实是很浅的其实呢大家真正关心的事啊就是彗星的这些碎片到底能砸进去多深你能不能把下边哪一层的物质给它翻出来这个木星大气呢也是分层的就以大气压达到一巴为基准线这就是零高度从这开始

大气压为零的地方就是太空里面大概到这大气压为一的地方是 5000 公里的厚度这个木星大气层的尺度就是这么夸张我们地球根本没法跟人家比

从这个零高度线为基准往下走 90 公里大致上就算是到了对流层的底部了这压力这时候大概是 10 个 8 再往里走就会遇到木星大气的云层了最上面呢是氨气构成的云层往下呢是硫氢化氨构成的云层再往下才是水构成的云层其实呢都是小冰晶了

像我们业余天文爱好者用光学望远镜拍摄到的木星上的那些花纹啊其实就是高层云的样子在高层云的上面还有各种的雾霾这些雾霾呢就是什么乙缺啦甲烷啦乙烷啦都是这些东西构成的

木星上和地球上一样也是有大气环流的有更多更复杂的一层一层的丰带所以我们看到木星的表面有点像木头的纹理各种气旋和漩涡那个纹理还真的是挺像木头的

大家其实也很想看一看这次撞击呢能不能把氨气云层之下的这个冰晶云层给它翻出来但是很遗憾地球上是看不到撞击一瞬间的样子只能看到撞击以后几小时之后的烟雾扩散状况

但是正在路上赶路的这加利略探测器它可就不一样了它那个位置刚好是可以在第一时间拍摄到撞击点照片的尽管这个图像呢比较小毕竟这个时候加利略探测器啊距离还很远但是呢分析光谱反正是够用了

探测器拍摄的这些照片啊还有采集的这些数据啊就用那个低增翼天线啊以归宿传回地球反正大家只有耐心等啊等了半天终于可以看到当时的情况了撞上去的一瞬间首先是产生强烈的闪光

撞击以后一分钟左右因为木星大气层的反射地球上也能看到好像这个木星的边缘被照亮了你别忘了它是个气体球气体球它有点透光啊

在撞击五分钟以后呢升腾的炙热火球开始扩散上升到了大气层的边缘上啊我们在地球上虽然事先被挡了但是依然能看到哎呦这个木星地平线后边怎么冒出个大火球来啊这么高然后再等一会儿啊再过十分钟随着自转这个撞击痕迹啊就出现在了木星的地平线上啊它是扁扁的一层

隐隐约约能看见一点撞击以后 20 分钟这个撞击烟尘的红外信号呢就达到了最大值了撞击以后一个钟头烟雾雨流的扩散范围就达到了最大值了这个黑色的伤疤啊看起来非常明显

这个商吧说实话它尺寸比地球还大这次撞击它可不是一枪头买卖它后边还跟着一大串呢某些撞击的痕迹范围甚至超过了大红斑的尺寸你由此可见它那尺寸有多大了当然了仔细观察这些个撞击以后产生的大暗斑你就会发现这个东西啊它居然有类似环形山的这个圈状结构啊

其实这很容易理解嘛这个过程就相当于一滴水掉进了池塘里面然后水面上就会出现一个圆圈状的扩散的涟漪啊这个物理过程其实都是一样的我这几天呢天天就在用那个软件模拟做那个希克苏罗伯陨石坑的撞击过程

其实这过程也跟这个差不多你在这个小天体转过来的一瞬间大地也会瞬间融化然后表现出近似于液体的特征它也会出现涟漪的但是地球上这个岩石它会固化这涟漪到了最后一圈固化成了双圈环形山里边一圈外边一圈中间一个小尖尖至于这个木星的卫星会不会被照亮而出现闪光

这种现象说实话还真的出现了但不是每次撞击都有有些是有闪光现象的持续时间达到了几分钟甚至有一次木卫一的颜色都改变了其实这不是撞击一刹那闪光照亮了周围的卫星而是爆炸产生的大火球照亮了木卫一

所以呢它不但变亮了而且颜色都变了就是因为爆炸产生的那个大火球啊它色温不太对啊更加神奇的是在撞击发生 45 分钟以后在木星的北半球出现了极光现象也就是说这种规模的撞击对木星的电离层和磁层都产生了扰动这种现象呢也被罗赛塔 X 射线探测器发现并且记录下来了

这可不仅仅是可见光波段哦这 X 波段也有这种扰动到了 7 月 21 号日本和我国的射电天文台发现了木星在射电波段也有爆发这都是那撞出来的

根据各个探测器发送回来的资料呢大家就对比了爆炸烟尘和雨流的这个光谱分析检测到了氨检测到了乙确乙烷甲烷的痕迹但是就是没有检测到水的痕迹哈勃望远镜拍摄的一个编号为 G 的碎片火球光谱呢在这个光谱里面发现了硫化氢

这说明即便是像彗星撞木星这么强烈的撞击也没有能够攻破木星的大气层它只是扎透了氨气云层和硫化氨云层它没能达到下边的冰晶云层你连云都没有穿过去更下方的物质你就更谈不上了嘛

另外呢这次撞击也没有改变木星的轨道没有改变木星的自转速度也没有撞到大红斑也没有撞到木星的核心更没有触发什么核反应然后就这么 game over 了就结束了也就是说这个强度的撞击对人家木星来讲真是挠痒痒的级别根本算不上什么

当然了这次太空项链的连续撞击解释了一些过去看不懂的现象比如说过去有人曾经在木星的那些大卫星上发现过一连串的环形山而且是一个挨着一个互相还有重叠它整个长得跟糖葫芦似的过去都不知道这个环形山是怎么长出来的现在搞清楚了原来是一颗小天体被扯碎了被拉成了一个项链但是彼此间的距离又不大又很小

他们一起撞到了某个天体上就会留下这种糖葫芦一样的这种环形山这回呢大家可算是看明白怎么回事了

当然了这场彗星撞击木星的大事件对我们地球是没有任何影响的我们就属于吃瓜群众看热闹但是这次事件的确是给地球上的人类生动的展示了一场飞来横祸的发生全过程从而就使得大家更重视地球被外星天体撞击的问题

大家也意识到了阿尔瓦雷兹父子提出的因为小行星撞击导致包括恐龙在内的地球上的生物出现大面积灭绝的理论很有可能是正确的这事可不是杞人忧天咱们太阳系内有大量的彗星和小行星它们的轨道很可能受到大行星引力的射动而发生改变在地球 46 亿年的漫长历史之中它必然经受过这类天体的撞击

仅仅是最近的十亿年以来保存下来的撞击陨石坑就找到了一百多个你别忘了啊地球上是有风化作用的能被保留下来被人类发现的总归是少数还有很多呢已经毁掉了已经发现不了了所以这事并不罕见虽然呢现阶段地球被这种大撞击的可能性很小但是

小号的彗星或者是小行星隔三差五的来一个你也受不了是吧所以呢这个苏梅克两口子和利维从事的这个行业啊真的是很有用啊后来呢他们依然是在对近地轨道小行星体进行普查他们还是在搞寻天观色还是天天拍照片

一直到了 1994 年的年底帕洛玛小行星和彗星巡天任务的资金用完了那么这档子事就只好结束了他们就转到亚利桑那另外一个小的天文台利用更便宜的望远镜继续他们的观测工作 1997 年这两口子就去澳大利亚对一个陨石坑进行考察结果他们在爱立斯泉以北 310 英里的地方发生了撤火

油筋当场丧生享年 69 岁卡罗林的髋部和胸部受了重伤被送到医院去抢救好歹保住一条命说实话澳洲那个地方真的是地广人稀它人口城镇分布的都稀稀拉拉的

所以你开车在澳洲的路上撞上动物那是家常便饭说不定就窜出个大袋鼠是吧但是在空旷地带你发生车祸这就不太常见了我猜这个苏梅克夫妇呢她是美国人她习惯是靠右行驶的但是澳洲啊她相反她跟英国是一顺边她靠左

他们这两口子来到澳洲刚刚七八天是不是因为习惯问题就导致反应失误因此造成车祸是不是这么回事那我就不知道了我只能猜嘛

总而言之吧尤金苏梅克的去世呢是国际天文学界的重大损失为了纪念尤金对于行星科学研究的杰出贡献位于西澳大利亚中部的爱尔兰人陨石坑被重新命名为苏梅克陨石坑这就是对他纪念嘛转过年来到了 1998 年的 1 月 6 号月球勘测者号探测器发射升空了

这个探测器上装了一盎司的尤金苏梅克的骨灰这个骨灰罐还是他的学生设计的这罐子上刻着一个海尔波普彗星这是这两口子一起观察的最后一颗彗星旁边刻着一个巴林杰陨石坑这也可以算是尤金梦开始的地方在旁边还有莎士比亚在《罗密欧与朱利叶》之中的一句诗

等他死了以后你再把他带去分散成无数的星星把天空装饰得如此美丽使得全世界都恋爱着黑暗而不再崇拜玄木的太阳

这个月球探测器不算太大上面带着伽马光谱仪带着重力感应器然后就是一些其他的常规仪器这个探测器的工作时间也不算长在 1999 年的 7 月 31 号按计划这个探测器就一头扎向了月球坠毁在了月球之上尤金苏梅克的骨灰也就跟着这个探测器一起埋葬在了月球之上

他是埋在月球上的唯一的一个人他生前本来是有机会亲自踏足月球的但是很遗憾最后没能成行他去世以后能够埋在月球之上也算是满足他生前的夙愿了卡罗林在澳大利亚的医院住了好久慢慢的养好伤依然回到美国继续他的观测工作

446 号小行星呢就是以它的名字命名的火星上的盖尔运势坑之中有一个特殊的地层也是以它的名字来命名的后来呢这个号七号火星车就在这个地方溜达了好久溜达来溜达去到处探测

卡罗林相对来讲他比较感性有一次帕洛玛山罕见的出现了极光他还拉着项目组成员一起出来看他老公不乐意怕耽误工作我工作忙我不出去最后还是被他给拽出来了这个老太太是个明白人作为一个科学探索的团队你要对周边的事物保持新鲜感和好奇心呢

极光哎这多少年也不见一回有这热闹你不凑吗是吧你当然要凑这个热闹喽

另外这老太太心肠特别好就在会幕相撞之前他们两口子接受了很多媒体的采访有一个记者就问老太太要是这么大一颗彗星咱全撞到地球上那地球会怎么样老太太回答那就是我们都会死啊后来这记者告诉他您这回答不太合适这是一儿童节目这老太太哎呀就觉得怕吓坏了小朋友嘛她马上就改口说了我们都会感到很不舒服

何止不舒服这是马上要玩完吗 2021 年的 8 月 13 号卡罗林不幸逝世享年 92 岁这位会心猎手算是走完了自己的一生

好了扯太远了咱们扯回来继续讲伽利略号探测器 1995 年底到了 12 月 7 号这伽利略探测器呢就到达了木星附近了它先是掠过木卫二然后用木卫一进行引力弹弓减速这样的话呢就可以节省一点燃料这伽利略探测器啊

你要是早点到就好了呀如果不是碰上航天飞机瞎耽误功夫你也不至于错过近距离直接观测这个彗星撞木星啊现在倒好你也到了这个彗星撞木星的痕迹啊也都消散的没剩下什么了就在伽利略号到达木星之前它上面那个大气探测器啊就已经和伽利略号分离了伽利略号的本体要完成刹车然后进入环绕轨道啊

但是这个大气探测器呢它就用不着了它就一头扎进去就行了相对于木星的速度是 17 万公里你想啊照这速度你得花多大力气才能把这速度减下来所以它减速的过载达到了恐怖的 228 个 G 这是至今为止最艰难的减速过程

首先你得利用木星大气层来减速大气摩擦产生的高温使得底部的温度达到了 1.4 万度这个探测器底部带着一个防热大底这防热大底重量是 160 多公斤等

等到减速完毕打开降落伞的时候这防热大笛已经被烧掉一半了足足烧掉了 80 公斤的挥发材料你打开降落伞呢它也不是一蹴而就的先得拉出一个小号的引导伞然后呢再把主伞给拉出来这个主伞的直径 2 米 5 这么小没错这比那港艇那伞大不了多少因为木星大气层啊非常的浓密它用不着更大的降落伞了

这时候探测器上的各种传感器都已经开机工作了开始把各种数据发送给伽利略号然后呢伽利略号先把这些数据都存下来然后再慢慢的转发给地球

当时这个大气探测器的速度是 430 公里每小时到了一个钟头以后大气探测器的信号就消失了当时的位置是在云顶以下 180 公里压力是 238 估计周围的气温是 1700 摄氏度

这个探测深度啊可比彗星撞进了还要深这样的话呢科学家们算是获得了木星大气层的一手观测资料了到此伽利略号第一个正式的探测任务算是圆满完成了结果呢一个新出现的问题就变得越来越严重导致他差点工作不下去有关这档子事咱们下回再说科学声音