探测器列传：43.罗塞塔号
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了解科学爱上科学欢迎收听科学时评话咱们广告还是坐在前面我和汪老师带领的寻觅自然探秘天影 FAST 科考营已经顺利成团了再过四个礼拜也就是一个月到 7 月 27 号我们就要出发了这个科考营的目的地和以前都是一样的这次还是去凉爽的云贵高原这几天上海还是挺热的我巴不得找个地方凉快凉快

大概时间是六天五晚我们会带着大家从亚洲最大的太阳观测站到世界遗产成江化石地再到人类探索宇宙奥秘的观天立气中国天眼这一路走下来每一站咱们都会充满惊喜的想一起出发的小探险家们

您抓紧时间赶快报名啊到科学史评化公众号回复关键词夏令营就能获取报名入口了还剩下几个名额啊您抓紧时间您快着点啊好了咱闲言少叙书接上文咱们就该讲讲这罗赛塔号了啊这家伙是至今为止最强的一个彗星探测器所以呢

它也是最重的一个只能用欧洲最大的阿里亚纳五星火箭来发射按照计划应该是在 2023 年 1 月 12 号发射但是这个阿里亚纳五星运载火箭它在关键时刻掉了链子 2002 年 12 月份的一次发射这火箭升空三分钟以后它就炸了

附带炸掉了搭载的两颗卫星损失了 6.7 亿欧元哎呀这是好大一笔钱呢后来呢工程师们发现呢这个冷却管有问题这发动机的温度超标了所以就炸了这就没办法了呀这个火箭就必须重新检查一遍呢你还得查查有没有其他的 bug 是吧你不能带着毛病上天呢这肯定是要耽误很多时间的 2003 年肯定就发射不了了

原定是 2011 年去拜访这尾轮毯彗星现在就不得不改变一下目标最后选来选去就选了这颗 67P 楚留莫夫格拉西门克彗星与彗星的汇合时间也不得不往后推迟了被推迟到了 2014 年这个罗塞塔号探测器是很大的它足足有 3 吨重探测器本体 2.9 吨剩下的那 100 公斤就属于飞来着陆器

也不知道这名字到底是谁翻译的呀这飞呢就是草字头加一个是非的飞啊

那来呢就是草字头下面一个来去的来这俩都草字头这俩字摆的一块一看你打冷眼一瞅还以为是韭菜呢好多人都念错了那年头好多人都管这个探测器叫韭菜探测器这个罗赛塔号的名字呢毫无疑问是来自于罗赛塔石碑就是希望通过探测彗星来了解行星形成之前的太阳系的奥秘

就好比人类通过罗塞塔石碑破译古埃及文字那样飞来这个名字呢就来自于尼罗河之中的一个小岛这真不是韭菜啊

这个探测器本体呢没什么好说的它就是一个方盒子两边带着长长的太阳能电池板这个方盒子上伸出了一个三脚架支着一口大锅啊这大锅就是对地通信的天线在方盒子肚子上挂着一个八边形的圆柱体这个圆柱体就是飞来着陆器这盒子头上面有个管子里边装着打洞的钻杆没错这飞来还打算从那个汇合深处取个样啊所以他就带着这个打洞的设备

这探测器最主要的仪器呢分三类一大类就是相机和雷达什么红外的紫外的可见光的无线电波的反正各个频段都给你凑齐了第二类呢就是探测宇宙空间的各种粒子还有呢要对彗星喷出来的气体和尘埃进行分析第三类呢就是研究宇宙射线的带电粒子嘛主要是研究太阳风啊

因为这个火箭发射晚了一年多所以呢就不得不借助火星来进行减速为了减速变轨这罗塞塔号就不得不从火星附近 250 公里的地方穿过去所以这是有风险的你万一撞上火星怎么办咧是吧那个彗星探测器那不就变成火星探测器了而且是变成一个衰坏的火星探测器啊

您就别提这伤心事了去年也就是 2003 年欧洲人的火星快车号太子气就从哈萨克斯坦的拜科努尔航天中心发射了没错啊想当年呢欧洲跟俄罗斯关系好着呢经常找俄罗斯人帮着发射

所以这枚探测器是用俄罗斯的联盟号火箭发射的一开始都很顺利 2003 年的 6 月 2 号发射了到了 2003 年的 12 月 19 号这探测器就已经接近了火星了然后他们就顺利的把这个火星快车号携带的小猎犬 2 号着陆器给扔下去了然后呢这小猎犬 2 号就没消息了

欧洲人后来拜托美国人的探测器找了半天就发现呢这小猎犬二号啊已经摔扁在火星上了这个欧洲人呢叫一个心疼啊你想啊这档子伤心事刚过去几天呢所以欧洲人一听啥要绕过火星那对这档子事是慎之又慎呢

利用火星的引力弹弓效应来减速就意味着有一段时间探测器必须从火星的背面绕过去也就是说这段时间内和地球的通讯会中断而且呢它受到火星的遮挡有很长时间这罗塞塔号探测器是照不到阳光的那么它会不会被冻死呢毕竟这个探测器当年建造的时候没考虑这问题你现在再改动上面的电池模块啊它已经来不及了呀

所以当时的工程师们还是非常担心的但是他们又没办法因为发射的时间已经越来越近了他根本就来不及做出任何修改那就只能赌一把所以这档子事在当时就被称为 10 亿美元的赌注大家也都能明白啊这种升空探测器即便想便宜啊那种多快好省型项目一枚探测器也得要上亿美元呢

何况罗塞塔号这种不便宜的探测器呢是吧

2004 年的 3 月 2 号罗塞塔号探测器就从法属圭亚纳的库鲁航天中心发射了整个过程还是相当顺利的过了一年以后到 2005 年的 3 月 4 号这罗塞塔号就借助地球完成了第一次引力弹弓加速到了 7 月 4 号探测器上的照相机观察到了坦普尔一号彗星和深度撞击号的碰撞

没错这个罗赛塔号当时的距离也不算远它只有 8000 万公里反正要比地球上的望远镜靠得近所以他也顺便参加了一次围观他搂了两眼在太空里观测有个好处那就是不受白天黑夜的影响可以连续 24 小时观测

接下来的两年呢就没有什么大事发生 2007 年的 2 月 25 号罗塞塔号算是顺利的利用火星完成了减速整个过程都是非常顺利的没什么故障而且罗塞塔号还拍摄到了大量的火星照片这叫走过路过不能错过啊是吧你来都来了

当时正好是火星南半球的春天也就是说火星南极冰冻的极关就开始蒸发了随着大气环流这些蒸汽会逐渐形成云然后逐渐飘向北极再一次变成冰雪落下去凝结下来你别忘了现在的北极可是深秋很快就要进入冬天了

罗赛塔号恰好就拍到了火星南极上空形成的大片云层没错火星上也是有很薄的云的到了 2007 年的 11 月 13 号这个罗赛塔号第二次路过地球借助地球的引力弹弓完成了变轨到了 2008 年的 9 月 8 号这罗赛塔号就路过了一颗叫做斯泰因斯的小行星这

这颗小行星啊外号叫做太空钻石啊它那外观长得太像一块大钻石了大家都见过钻石那形状啊上面是一个平头下边是一个尖尖的锥形这颗斯泰因斯小行星长得差不多就这模样美中不足的是它上面那平头啊它不是平的啊在那个平头上有一个直径 2.1 公里的大坑

所以说这东西你说的好听叫太空钻石你把那照片倒过来看看那整个就一太空窝窝头所以科学家们拿到这个罗塞塔号在 800 公里距离上拍摄的照片的时候他也觉得很奇怪这个东西直径是 6.7 公里厚度大概是 4.5 公里在这么小的一个天体上居然有个直径 2.1 公里的大坑你这坑也太大点了吧

也就是说它遭到了猛烈的撞击你这么小一颗天体受了这么猛烈的撞击你还能保持完整啊居然没有碎掉你这家伙长得也太结实点了吧所以地面上的科学家们一时半会儿他也弄不清楚他到底是为什么你怎么就长成这模样呢

到了 2009 年的 11 月 12 号罗塞塔号第三次路过了地球完成了引力弹弓面轨还顺便给印度尼西亚的爪哇岛拍了张照片到了 2010 年的 1 月 8 号德国马克斯普朗克太阳系研究所的科学家团队就发表了对那颗太空窝窝头的研究成果

这个家伙其实它不是一整块大石头而是有很多的小碎片集合在一起的你可以把它理解成一大堆碎石头堆至于这个松散的石头堆它为什么就长成了这个模样科学家认为可能是一种 YORP 效应这个 YORP 是个缩写

这个家伙的反光率还不低阳光照射在表面上是会引起反射的这个反射光的过程实际上也像吹风一样它会有反作用力天长日久它就会改变这颗小天体的旋转速度

这个家伙是个非常松散的碎石堆它长得又不结实旋转速度快点就改变了离心力它就会把它甩成某个形状具体长成啥样就看它哪部分粘得比较结实哪部分粘得不牢它自然就甩变形了到 2010 年的 7 月 10 号这个罗塞塔号就飞越了鲁特西亚小行星

这颗小行星的中文名字叫斯琴星其实这是个翻译错误想当年呢李善兰翻译赫歇尔的书其中就有这个名字李善兰呢和外国人一块合作这二位也不知道怎么看的他少看了一个字母这就导致他们看那个词根的时候啊就看错了就给翻译成了斯琴星就司马懿的斯那个琴就是普通弹的那个琴就这俩字儿

后来大家发现呢这个翻译组不对啊但是年头长了也就不改了这个小天体的直径是 100 公里算是罗塞塔号遇到的最大体积的小行星了现在呢科学家们认定这个家伙有可能是最早的那批小行星啊年龄已经高达 46 亿岁了他这辈子就过得比较顺利因为他比较大嘛几乎就没有谁能把他撞碎都是他撞碎别人是吧

所以第一批小行星能够态态平平活到今天的其实并不是很多到了 2011 年的 6 月 8 号这个罗赛塔号探测器就切换到了自旋稳定方式也就是说这个探测器会像空中大风车一样旋转

这样的话可以节省飞船的燃料因为长时间维持三轴稳定的控制姿态它是需要消耗能量的现在罗赛塔号就要进入休眠状态了你就得把它切换成自旋稳定自旋稳定的特点就是你可以把能关掉的机器都关掉它这姿态还是能够保持不变的当然了罗赛塔号它并不会关掉所有的仪器起码电脑还开着系统加热还开着

你不开加热的话这个仪器就被冻成大饼坨子了这就活不成了呀这

这样的话罗赛塔号探测器就把能量降到了最低水平咱们把能关的都给它关了甚至包括通讯系统这样的话它就几乎处于休眠模式度过好几年时间它要在太空里面整整休眠三年一直到 2014 年当它接近 67P 彗星的时候再开机复苏过来

欧洲人其实也捏着一把汗三年时间啊三年啊你万一被冻死了到了地方你开不了机那可就麻烦了所以欧洲人就这么提心吊胆的等了三年一直到 2014 年年初 NASA 的哥德斯通测控站就收到了罗塞塔号的信号

这就说明罗塞塔号已经醒过来了地面就此和罗塞塔号恢复了联系到了 2014 年的 5 月 7 号罗塞塔号飞到了距离 67P 会行 200 万公里的地方拍到了第一批照片

到了 8 月 6 号了这个探测器就飞到了距离 67P 这颗彗星 100 公里的地方距离已经非常近了这个时候探测器相对于彗星的速度是一米每秒下一步呢就是要对彗星进行高精度的测绘

这个家伙长得像个大黄鸭或者是长得像块生姜它反正是两个不规则的大石块中间有一根很细的脖子连着它总长度 4.41 公里宽度 3.2 公里厚度大概是 1.3 公里所以这个家伙的引力场的根本就不规则探测器要稳定的绕着它转也并不是个简单的事儿

这个罗塞塔探测器就绕着 67P 它要足足转上两个月才能解决飞来探测器到底落在什么地方的问题这个彗星的形状毕竟是太别扭了到了 9 月份这个罗塞塔探测器就进一步降低了轨道下降到 30 公里的高度下一步就是扔出飞来着陆器了准备降落在彗星表面

这个飞来着陆器有三条腿因为这个彗星引力太小它不足以靠重力稳定的站在彗星表面上因此得先发射两个鱼叉状的东西咱扎进地面然后逐渐拉紧另外每条腿上都带着自攻螺丝一落地这螺丝钉就往彗星的地下拧然后把探测器就牢牢固定在彗星表面

到了 9 月 15 号欧空局就宣布它已经在 67P 彗星的头部找了一块相对比较平缓的地区用于着陆飞来在 11 月 12 号这天从罗塞塔号上就分离了以一米每秒的速度靠近彗星表面整个下降过程足足花了 7 个小时的时间但是吧这个飞来就差最后一哆嗦就没哆嗦成

它就不太走运那两个用于固定的鱼叉子呀它不知道是卡住了还是冻住了它没发射出去这着陆器呢就直接撞到 67P 彗星上然后它又弹起来了

67P 这个家伙他不是一个大黄鸭形状吗他也不知道飞来到底是撞到哪了他弹跳了不止一次他弹了两次最后掉进了 67P 彗星上一个石头缝里头卡住了这下可就要了老命了呀飞来的太阳能电池板呢就在他那个八边形圆柱体的表面上给它忽了一层啊

这探测器卡在石头缝里这也就意味着这家伙是根本晒不到太阳靠机内电池积攒的那点电量啊它根本就坚持不了多久两天之后这飞来就没有信号了估计就是电用光了这罗赛塔号呢还在绕着 67P 一圈一圈的转悠还在不断的发送信号回地球罗赛塔号就这么一直陪伴着 67P 彗星运行

他向前那个罗赛塔号也向前他奔着太阳去了罗赛塔号也奔着太阳去了到了 2015 年的 6 月 13 号这罗赛塔号就收到了飞来从石头缝里面发出的信号

因为彗星它也在自转呢说不定某个时间段就有一缕阳光照进了石头缝的深处这飞来呢就可以间歇性的发送一点数据这地面上欧空局的科学家们就检查了日志就发现呢哎这个家伙已经充足电了呀都不知道什么时候晒足了太阳而且现在已经开机工作了好几天了但是在此之前呢

他上面开机了地面的测控系统没有对准罗塞塔号也不知道这个消息所以就晚了几天

现在呢根据飞来发送的有限的数据大家发现了这个 67P 彗星上它是有氧气的这是一个非常重要的发现而且还探测到了乙鲜胺啊丙酮啊甲基益氢酸脂啊和丙醛等等化合物这些有机物也是第一次从彗星上被发现再后来嘛这个飞来的电它又一次用光了

由此就彻底没了消息也不知道未来机缘巧合之下会不会再次充满电反正一直到了 2016 年地面上的科学家从罗塞塔号探测器拍摄到了大量的照片里面终于发现了飞来的一条金属腿这时候大家才发现

飞来卡的那个具体位置实在是太别扭了这个石头缝真的非常深难怪它一直晒不到太阳虽然这个飞来探测器的任务并不圆满但是罗赛塔号的收获还是挺丰富的这罗赛塔号一路陪着 67P 彗星一点一点接近太阳观察到了在日光渐渐增强的彗星上到底发生了什么有趣的现象

比如说某些平坦的地区一天之内突然覆盖了好几米厚的新的沉积物哎呀这些沉积物从哪来的呢估计是附近的有山体滑坡会形成这么小的地方也有山体滑坡啊有啊它不仅有山体滑坡啊还有山崩呢

科学家们就给 67P 彗星上的很多地理特征都起了名字用的都是古埃及的地名比如说啊有一个悬崖就叫做阿斯旺 2015 年 7 月份罗塞塔号观察到这个地方生起了不少烟雾估计这儿啊是刚刚发生了一场山崩对了这个 67P 彗星它不是长得像个大黄鸭吗天长日久啊这鸭脖子就附近就越来越细了它不知道是为什么原因侵蚀的

难道是晒太阳晒的对了这彗星上还发生过一大堆石头的抛射现象甚至发现过直径 30 米的大石头在 14 个小时之内就挪动了超过 100 米这大石头是怎么跑出去的

我查到上海天文台曾经发表过文章他们大致是这么解释的太阳光照射在石头的一边这边升温极快但是另外一边还是冷暗状态你别忘了这个彗星的核心上有很多地方是含有大量水分的它们全都冻成了冰块这个冰块剧烈升华就出现了喷发

晒太阳的那边它喷了它黑暗的那边它没喷这下两边受力就不平衡了于是这石头它就跑了这跑得还挺快当然了你用这种模式来解释半块砖头那么大的石头乱跑它是有一定的说服力的但是直径 30 米的大石头你就未必能用这种方式来解释了

也可能这种喷发只是触发了大石头的移动你稍微推了它一把这大石头就自己顺着坡滚下去了这个彗星上尽管重力很小但是多多少少也还会发挥作用它还是可以滚下去的此外罗塞塔号还发现彗星 67P 上的水蒸气成分与地球上的水还不太一样

以前常有一种说法那就是内太阳系是非常干燥的距离太阳越近温度就越高就越干燥水不太可能以液态或者固态的形式存在它一定是以水蒸气的形式存在只有在距离太阳足够远的地方它才有可能形成冰块这条距离上的分界线就叫做血线

地球作为一个岩石行星它生长很慢要花大概三亿年才能长到一定的规模而且地球上还很干燥一直到太阳系形成之后的七亿年之后出现了第一次后期重轰炸期事件整个太阳系小天体到处乱飞地球和月亮都被打成了五眼星了但是也恰恰就是这些小行星和彗星给地球带来了大量的冰雪也就是大量的水资源

那么这个说法到底对还是不对呢这就要看小行星上水的氢刀比也就是普通水和重水的比例根据对 67P 彗星水蒸气的光谱分析氢刀比为地球水的三倍这就说明地球上的水不太可能来自于彗星起码是不太可能来自于像 67P 这样类型的彗星

到了 2016 年的 7 月份这个罗塞塔号和飞来之间的通信设备就被彻底的关闭了也就是说飞来再也不可能醒过来了醒过来我们也听不着了两个月之后罗塞塔号本身的寿命也快要接近尾声了当罗塞塔号即将耗尽最后一丝电力的时候地球上的科学家们和工程师们决定让它以最有尊严的方式做个最后的了结

最终他们选择让罗塞塔号坠毁在彗星表面任务中心操控罗塞塔号缓缓地坠向彗星 67P 的一个 130 米直径的坑罗塞塔号以及飞来号就这样永远地和他们探测目标 67P 楚留莫夫格拉西免科彗星融为一体了这就是他们最好的归宿

好了罗塞塔号这档子事呢咱们就讲完了下次起呢我们就开始好好讲一讲这个小猎犬二号到底是怎么会摔在火星上的由此呢我们会引出一大串的火星探测器我们下回再说科学声音