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天文史上的今天:1.4亿公里之外的深度撞击!

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发表于 2018-1-12 10:07:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
  来源:星空早知道
  摘要:
  2005年的1月12日,“深度撞击”探测器发射升空,6个月后,它在1.4亿公里之外撞击了一颗彗星。


“深度撞击”探测计划任务徽标来源:NASA
  如果有人告诉你这样一个主意:发射一个探测器,追赶1.4亿公里外的一颗直径不到5公里的彗星,然后以每小时能绕地球两圈的超高速撞上去,你觉得如何?
  你会不会觉得这个人疯了? 因为这就相当于从上海发射一发子弹,以接近60倍音速,命中位于北京市中心的10环靶心。
  但这样的事情,发生了。
  2005年的1月12日,“深度撞击”探测器发射升空。
  01
  彗星的本质


宇航员从国际空间站上拍摄的彗星 C/2011 W3 (Lovejoy) 来源:wiki
  彗星是一类太阳系小天体,按照2006年IAU布拉格会议给出的最新定义,彗星属于“太阳系小天体”中的一类,即围绕太阳运行,但是质量不够大,不能使自身成为球体或者近似球体,且未能清空周围轨道区域。
  彗星是一类云雾状的天体,目前科学界比较主流的观点最早是由美国天文学家惠普尔(Fred L Whipple,1906 – 2004)在1949年提出的所谓“脏雪球”模型
  该模型认为彗星的本质是水冰,一些有机成分和岩石等物质的混合物,在接近太阳时,易挥发物质升华析出,产生彗尾。


典型彗星结构示意图:包括太阳风作用下背离太阳方向的尘埃彗尾和气体彗尾  来源:wiki
  但要想真正弄清楚彗星的本质,最好的方法就是对彗星进行直接探测。在此之前,已经有多个探测器对彗星开展了考察,包括欧洲的“乔托”(Giotto)号探测器,美国发射的“深空一号”(Deep Space 1)探测器以及“星尘”(Stardust)号探测器等等。
  不过,这些探测器都是从彗星附近飞过,尽管获取了彗核高清图像等珍贵资料,但即便如此,科学家们仍然不满意,他们想要亲眼看一看,彗核的内部成分究竟是什么样的?而如果想了解内部成分,那就只有一条路,撞击它!


  美国天文学家惠普尔(Fred L Whipple,1906 – 2004), 他提出了著名的彗星“脏雪球模型”   来源:google
  02
  “深度撞击”!


2005年1月13日,“深度撞击”探测器从卡纳维拉尔角发射升空  来源: NASA
  2005年1月12日,美国东部时间13:47,一枚德尔塔II型火箭从卡纳维拉尔角发射场腾空而起,搭载着“深度撞击”(Deep Impact)探测器飞向太空。与其他彗星探测器需地面小心操控,以避免探测器与彗星相撞不同,从名字上就能看出来,这艘飞船的设计目的便是要直接撞击彗星!


  “深度撞击”任务示意图。可以看到探测器分为两部分:撞击器和母船。此时撞击器已经分离,正向彗星冲去   来源:wiki
  的确,“深度撞击”是人类历史上第一艘彗星撞击器,它整体包括了两个部分,一个是撞击器,它的任务就是撞击彗星,而另一部分是母船,它的任务则是在撞击器撞击彗星的过程中“拍摄记录现场”。这样做的目的旨在通过撞击的方式挖掘出彗核深部物质并进行观察分析。
  2005年7月3日国际标准时6:00,撞击器与母船顺利分离,朝着坦普尔-1号彗星(Tempel 1)的方向飞去。
  2005年7月4日国际标准时间05:52,撞击发生。在此过程中,撞击器一直在传回图像,一直到撞击发生前3秒钟还传回了最后一张照片。


  2005年6月27日,撞击发生前一周,由“深度撞击”探测器相机拍摄到的撞击目标:坦普尔1号彗星   来源:NASA
  当撞击发生时,重达371公斤,大小与一台小型洗衣机相当的撞击器以超过每小时7万公里(约合20公里/秒)的极高速度猛烈撞上了坦普尔-1号彗星的彗核,而这一过程由一旁的母船全程拍摄记录。
  而除了深度撞击探测器的母船之外,哈勃空间望远镜和地面上的大量观测设备都对这一事件进行了观测。


撞击瞬间 来源:NASA
  观测显示,此次撞击产生了剧烈的爆炸闪光,甚至让整个彗星的视亮度都上升了大约两个等级,测算显示爆炸威力大约等同于5吨TNT炸药同时引爆。
  母船传回的首批图像显示撞击现场有大量的尘埃碎屑物质被从彗核上抛射出来,几乎遮蔽了整个视野,让科学家们难以辨认在彗核地表上有没有形成撞击坑,以及如果形成了撞击坑,这个坑有多大多深。


  母船视野:撞击瞬间的录像,可以看到极为猛烈的爆炸闪光(由于微信限制,压缩比例很大,变模糊了)   来源:NASA
  此次探测壮举大大加深了人类对于彗星内部成分和结构的认识,比如彗星彗核的孔隙度,硬度,物质成分,以及水冰含量估算等等。
  由于彗星是太阳系诞生之初形成的古老天体,对彗星开展的考察对于了解地球水的来源以及太阳系早期历史具有重要意义。


  撞击器视野:冲向彗星!然后,粉身碎骨(由于微信限制,压缩比例很大,变模糊了)   来源:NASA
  后续:
  直到2011年,“星尘”号探测器再次飞过6年前被撞击的坦普尔1号彗星,才最终确认撞击产生了一个明显的撞击坑,直径大约150米,深大约30米左右。
  而“深度撞击”探测器母船在完成任务之后依旧健康,于是NASA给它安排了更多任务,限于篇幅,难以展开了,再挖个坑,之后再填。


  左图为2005年“深度撞击”探测器拍摄,右图为2011年“星尘”号探测器拍摄,可以看到6年前的撞击留下一个撞击坑   来源:NASA
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