□ 編譯 / 謝 懿

再見(jiàn)，“信使”！

□ 編譯 / 謝 懿

在美國(guó)宇航局的“信使”任務(wù)即將結(jié)束之際，讓我們來(lái)看看它向我們揭示了哪些有關(guān)水星的秘密。

2010年5月6日“信使”拍攝地月合影。版權(quán)：NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington。

美國(guó)宇航局（NASA）的“信使”探測(cè)器在2010年5月6日拍攝了一張照片。這張照片也許是有史以來(lái)從太空發(fā)回的最乏味影像之一——在黑色的背景上有著幾個(gè)白點(diǎn)。在照片上的一角可以看到2個(gè)小小的圓形，一個(gè)明顯大于另一個(gè)，顯得很明亮。

湮沒(méi)在航天機(jī)構(gòu)每個(gè)月都會(huì)發(fā)布的眾多絢麗天體圖像之中，你完全有理由忽略這張照片的存在。事實(shí)上，盡管它是黑白的，但“信使”在那天所拍攝的并不是宇宙深處的天體。在許多方面，這幅圖像其實(shí)總結(jié)了自2004年發(fā)射升空以來(lái)它究竟飛了多遠(yuǎn)；而今天則代表著“信使”任務(wù)已臨近其最后的篇章?！靶攀埂彼臄z的這兩個(gè)天體是地球和月球。

在約1.83億千米的距離上，“信使”接到指令，把它的照相機(jī)對(duì)準(zhǔn)了家的方向。然而，雖然從這么遙遠(yuǎn)的距離上拍攝了地球，但它的最終目的地卻是布滿了環(huán)形山且為太陽(yáng)所炙烤的水星。

在拍攝這幅地球和月球的圖像之前，“信使”已3次飛掠了水星。對(duì)于科學(xué)家們而言，首次飛掠無(wú)疑是整個(gè)任務(wù)中最難忘的時(shí)刻?！靶攀埂鄙系某上裣到y(tǒng)會(huì)負(fù)責(zé)傳回水星的第一批圖像。那時(shí)，該團(tuán)隊(duì)的成員圍坐在控制中心的計(jì)算機(jī)前焦急地等待。這些科學(xué)家所特別感興趣的是水星此前從未被世人所見(jiàn)過(guò)的一側(cè)。NASA的“水手”10號(hào)在1974年和1975年飛過(guò)水星時(shí)也拍攝了它的照片，但它的照相機(jī)并不能看到水星表面的全貌?？茖W(xué)家們等待著“信使”解開(kāi)所有的謎底。

計(jì)劃接收到的第一幅圖像就是水星此前未被見(jiàn)到過(guò)的半球。但由于種種原因，數(shù)據(jù)發(fā)送回地球的時(shí)間超出了預(yù)期，著實(shí)讓每個(gè)人都提心吊膽。突然，在屏幕上出現(xiàn)了一幅水星從未被觀測(cè)過(guò)半球的完美圖像，歡呼聲響了起來(lái)?？茖W(xué)家們意識(shí)到他們成功了，而“信使”則創(chuàng)造了歷史。

2004年8月3日“信使”發(fā)射升空。版權(quán)：NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington。

滿載的使者

除了照相機(jī)之外，“信使”還搭載了其他的儀器設(shè)備：用來(lái)研究水星化學(xué)組成的分光儀，用來(lái)勘測(cè)地形的激光測(cè)高儀以及用來(lái)研究水星磁場(chǎng)的磁強(qiáng)計(jì)。從第一次飛掠起，它就一直在發(fā)回有價(jià)值的科學(xué)數(shù)據(jù)。然而，它的目標(biāo)并不僅僅是飛掠水星，“信使”所做的此前還從沒(méi)有探測(cè)器做到過(guò)——進(jìn)入環(huán)繞水星的軌道。

2011年3月18日，“信使”點(diǎn)燃了它的推進(jìn)器，開(kāi)始了環(huán)繞水星的第一圈。從那時(shí)起，它就成了被放置在水星軌道上的眼睛，試圖回答一些有關(guān)水星的重大科學(xué)問(wèn)題，包括水星的地質(zhì)歷史、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形成過(guò)程以及組成成分等。當(dāng)“信使”任務(wù)被提出來(lái)的時(shí)候，科學(xué)家們認(rèn)為，一個(gè)環(huán)繞航天器的觀測(cè)有助于回答所有這些問(wèn)題，這些問(wèn)題的答案又有助于提升我們對(duì)內(nèi)行星的普遍認(rèn)識(shí)。

今天，回顧“信使”對(duì)水星的探測(cè)，它確實(shí)極大地改變了我們的觀念。有關(guān)水星的所有特征有史以來(lái)第一次被全面地普查?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，“信使”完全改寫了教科書中有關(guān)水星的內(nèi)容。在“信使”發(fā)回地球的所有科學(xué)數(shù)據(jù)中，它所拍攝的數(shù)以千計(jì)的圖像也許是最顯眼的。迄今，它已拍攝了超過(guò)25萬(wàn)幅的高分辨率圖像，涵蓋水星及其布滿環(huán)形山的地表，使得科學(xué)家們能夠繪制出它的全球地圖。這些圖像中的絕大多數(shù)都只進(jìn)行了粗略的分析。詳盡而深入的分析需要好幾年甚至幾十年的時(shí)間——圖像數(shù)據(jù)實(shí)在太多了。

“信使”勘測(cè)水星的藝術(shù)概念圖。版權(quán)：NASA/ Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/ Carnegie Institution of Washington。

火山的疤痕

即便如此，“信使”所獲得的影像為水星的火山歷史提供了大量的線索，科學(xué)家們已為之著迷了幾十年。水星的表面看上去就像我們的月亮——具有遠(yuǎn)古撞擊所留下的環(huán)形山，貧瘠，在一定程度上只有一種顏色。但早先也有一些照片顯示，它還擁有另一種更神秘的地形。

20世紀(jì)70年代在“水手”10號(hào)飛掠時(shí)，有人提出了一種誘人的可能性，水星表面有一些區(qū)域可能是火山熔巖地貌，因?yàn)榘l(fā)回的圖像顯示水星上存在一些相對(duì)平緩的區(qū)域。形成平緩且少環(huán)形山地形的最簡(jiǎn)單方法之一便是用熔巖重塑地貌。但在那個(gè)時(shí)候，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)月球上一些平緩的地形是由于劇烈撞擊的噴出物流化覆蓋所導(dǎo)致的，于是他們認(rèn)為同樣的過(guò)程也適用于水星。所以，雖然水星表面具有熔巖重塑的間接證據(jù)，但就火山活動(dòng)是否真的曾在水星上發(fā)生過(guò)仍無(wú)定論。

這一切都隨著“信使”抵達(dá)水星而改變。沒(méi)用多長(zhǎng)時(shí)間，它的照相機(jī)和儀器便發(fā)現(xiàn)了水星過(guò)往火山的證據(jù)。“信使”向我們展現(xiàn)了熔巖流淹沒(méi)隕擊坑和其他之前業(yè)已存在的特征，平緩區(qū)域和周圍年老地形之間的光譜差異，以及與火山過(guò)程有關(guān)的廣闊熔巖平原?，F(xiàn)在還知道，至少在幾億年前，水星最古老的地殼消失了，最好的解釋是火山的熔巖流覆蓋了之前的表層物質(zhì)?！靶攀埂鄙踔涟l(fā)現(xiàn)，自水星形成之后，因冷卻其半徑已驚人地減小了7千米。

科學(xué)家們綜合雷達(dá)（左上）、地形（右上）、成像（左下）和溫度（右下）測(cè)量來(lái)探測(cè)和研究水星兩極環(huán)形山底部的水冰。版權(quán)：NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/ Carnegie Institution of Washington。

水星兩極的冰

不過(guò)，“信使”做出的最讓人著迷的發(fā)現(xiàn)是在水星的兩極。

在20世紀(jì)90年代初，雷達(dá)圖像顯示，水星的北極和南極擁有在雷達(dá)上“明亮”的物質(zhì)。這些地區(qū)的雷達(dá)特征與木星的冰質(zhì)衛(wèi)星和火星的極冠相一致，這表明水星上的這些物質(zhì)可能是水冰。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，一些雷達(dá)上的亮點(diǎn)就位于環(huán)形山內(nèi)，更加深了它的神秘感。它支持了這些環(huán)形山的永久陰影區(qū)內(nèi)存在水冰的假設(shè)，但還無(wú)法被確認(rèn)。“信使”的科學(xué)家希望能為此提供一些線索。

從軌道上，“信使”的中子分光儀探測(cè)到在水星北極附近有氫積聚，科學(xué)家們認(rèn)為這是有水冰存在的證據(jù)；水星激光測(cè)高儀的觀測(cè)則給出了這些永久陰影區(qū)的位置，使得科學(xué)家可以定出那里地表和地下的溫度。

研究分析顯示，雷達(dá)上的明亮區(qū)域與地下的水冰相吻合。有關(guān)水星北極地區(qū)存在水冰的證據(jù)在不斷增加，而“信使”照相機(jī)系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)則做出一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)。通過(guò)利用散射進(jìn)一些環(huán)形山陰影區(qū)的微光，他們拍攝了先前不為人知的環(huán)形山底部的圖像。值得注意的是，在一些環(huán)形山中，“信使”拍攝到了明顯的淺色區(qū)域，那里也是雷達(dá)上的明亮區(qū)。

雖然許多證據(jù)都表明它是水冰，但這些所看到的明亮區(qū)域也有可能是散射光的結(jié)果或者是相機(jī)的問(wèn)題。為了確定這一點(diǎn)，需要對(duì)同一區(qū)域在不同的光照條件下拍攝多幅圖像。結(jié)果顯示，明亮區(qū)域所在位置與第一幅圖像的完全一致。這時(shí)科學(xué)家們才確信他們所看到的是真實(shí)的！這些水冰的確切起源至今仍是一個(gè)謎。由于水星非常靠近太陽(yáng)，其組成成分中本身所具有的水很快就會(huì)流失。目前流行的觀點(diǎn)認(rèn)為，這些冰來(lái)自彗星或者富含揮發(fā)性物質(zhì)的小行星的撞擊。

水星北極附近的康丁斯基環(huán)形山底部有一個(gè)永久陰影區(qū)。利用環(huán)形山壁散射的陽(yáng)光，“信使”拍攝了那里的圖像。右側(cè)的圖像調(diào)高了對(duì)比度，顯示出了永久陰影區(qū)內(nèi)的景象。版權(quán)：NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/ Carnegie Institution of Washington。

最后的下降，最后的數(shù)據(jù)

隨著“信使”任務(wù)的臨近尾聲，這個(gè)謎題將留待未來(lái)的探測(cè)任務(wù)來(lái)解答。為了保持環(huán)繞水星的軌道，“信使”的引擎需要不斷點(diǎn)火。這是因?yàn)閬?lái)自太陽(yáng)的引力會(huì)持續(xù)地降低它到水星表面的高度，所以“信使”會(huì)時(shí)不時(shí)地發(fā)動(dòng)引擎來(lái)抬升自己的軌道。

為了延續(xù)任務(wù)，地面控制人員分別在2014年的6月、9月和10月進(jìn)行了3次軌道修正機(jī)動(dòng)。2015年1月21日則進(jìn)行了第4次的軌道抬升，把距離水星表面的最近距離從25.7千米拉高到了105.1千米。但這應(yīng)該是最后一次的軌道修正，因?yàn)椤靶攀埂钡娜剂弦押谋M。它預(yù)計(jì)會(huì)在2015年3月底的某個(gè)時(shí)候撞上水星，但確切的時(shí)間目前尚不清楚。

不過(guò)，“信使”并不會(huì)就此坐以待斃。一些最有趣的觀測(cè)將會(huì)在其任務(wù)的最后幾周中展開(kāi)，屆時(shí)“信使”到水星表面的距離只有15千米。有了這些前所未有的數(shù)據(jù)以及大量已經(jīng)收集的數(shù)據(jù)，“信使”可以讓科學(xué)家們?cè)倜β瞪虾芏嗄辍ｋm然會(huì)覺(jué)得好像失去了一位親密的朋友，但科學(xué)家們并不遺憾，因?yàn)椤靶攀埂彼〉玫某煽?jī)遠(yuǎn)超預(yù)期。

超鏈接：

“信使”時(shí)間線

2004年8月3日

“信使”于當(dāng)天晚上從美國(guó)佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角成功發(fā)射。

2005年8月2日

在發(fā)射后幾乎整整一年，“信使”飛掠地球，利用地球的引力將其推向太陽(yáng)，進(jìn)入內(nèi)太陽(yáng)系。

2006年～2007年

在前往水星的途中，它兩度飛過(guò)神秘的金星。當(dāng)它在2007年6月離開(kāi)金星時(shí)，拍攝了其呈月牙形的照片。

2008年1月14日

“信使”首次飛掠水星，將珍貴的影像和科學(xué)數(shù)據(jù)傳回地球。

2008年10月6日

在200千米的距離上，“信使”第二次飛掠水星。2009年9月它第3次也是最后一次飛掠水星。

2010年5月6日

從1.83億千米之外，“信使”拍攝了黑暗太空中兩個(gè)小亮點(diǎn)：地球和月球。

2011年3月18日

“信使”進(jìn)入環(huán)繞水星的軌道，開(kāi)始其任務(wù)的一個(gè)重要階段，以前所未有的精度勘測(cè)水星。

2012年3月17日

“信使”主任務(wù)階段結(jié)束。NASA決定為其一系列的擴(kuò)展任務(wù)注資，讓它繼續(xù)探測(cè)水星并發(fā)回?cái)?shù)據(jù)。

2013年8月

“信使”的廣角照相機(jī)拍攝到水星北極附近環(huán)形山陰影區(qū)中水冰的照片。

2015年春……

2015年春，“信使”將撞向水星的表面，結(jié)束其任務(wù)。得益于它發(fā)回的大量數(shù)據(jù)，對(duì)水星的研究仍將繼續(xù)。

毫無(wú)疑問(wèn)，“信使”不會(huì)是造訪水星的最后一個(gè)航天器。歐洲空間局正忙于準(zhǔn)備它的水星探測(cè)任務(wù)，計(jì)劃將在2016年7月發(fā)射。水星是一個(gè)艱難困苦的地方，高溫和強(qiáng)輻射無(wú)不讓人卻步。但只要能經(jīng)受住這些挑戰(zhàn)，任何探測(cè)器都有可能給我們帶來(lái)新的驚喜。

2010年11月，“信使”拍攝的太陽(yáng)系“全家?！?。版權(quán)：NASA/ Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/ Carnegie Institution of Washington。

（責(zé)任編輯 張長(zhǎng)喜）