为什么水星是我们探索最少的行星

水星是太阳系里我们探索最少的行星。细想来,还挺奇怪的。

为什么水星是我们探索最少的行星

水星

与其他行星相比,水星离我们不算远,大气层又不是很稀薄,天气也不是很恶劣,不至于损坏航天器。但其实水星的自身条件并非问题所在。问题在于去水星太难了。进入水星附近的轨道无论是从天文学还是技术的角度来讲都是一项挑战,所以,人类1985年才突破如何进入水星轨道这个难题。换言之,我们攻克载人飞月的时间都要早于让机器进入水星轨道的时间。

不过,好在这个问题已经解决了,言归正传:之所以进入水星轨道存在巨大挑战是因为水星的体型太小,离太阳又最近。水星直径近4900公里,是太阳系里最小的行星。也是离太阳最近的行星——大约6000万公里;而地球离太阳却有1.5亿公里。这就说明水星的轨道也很短,大概只需要88个地球日就能环绕完毕。光是这两点就让水星成为很难抵达的目的地。不过还有一个原因在于太阳本身。航天器飞离太阳的时候,比如从太阳飞向火星或者木星的时候,其实是在摆脱太阳的引力并获得速度。但当航天器飞向太阳的时候,比如终点站是水星的时候,太阳会为航天器提供动能。所以,稍有不慎,航天器就会飞过头,并进入炽热的深渊,即太阳。

在科幻片中可能会看到航天器解决的这样的问题,方式是进行强有力的反转和燃烧动作,以实现减速,从而随时随地想停就停。它的基本理念是:如果向反方向启动推进器,并且足够用力的话,就能停下来。

但如果用现在的技术,飞向水星的路上进行减速就成了件难事,因为路上会获得太多的动能。要产生足够的推力以实现减速的话,航天器上就要配有超负荷的燃料。虽然我不是工程师之类的岗位,但我认为这个问题听起来像是设计的问题。

第一次飞往水球的是水手10号,它当时进行的是飞近探测任务,解决了这个问题。

为什么水星是我们探索最少的行星

水手10号

1973年,水手10号沿着相对直接的路径快速飞往水星,用了仅5个月的时间就抵达了水星。不出所料,其抵达水星的时候速度过快,但这不是事儿,因为水手10号本来也就没打算环绕水星飞行。

相反,它飞越了水星3次,勾画了其表面的图谱。不过,过去这些年来,科学家找到了进入水星轨道的办法。为了近距离观测水星更长的时间,科学家们设计了一个航天器。该航天器依靠太阳能、燃料和引力助推的合力来移动。引力助推是轨道力学上的一种常见工具,即航天器通过其所经过的行星的引力来改变自己的方向或者速度。

科学家一直通过引力助推作用来让航天器抵达外太阳系,但抵达水星所需的引力助推尤为复杂,因为水星体型太小,离太阳又太近。虽然上世纪80年代我们终于搞明白如何实现,但直到2004年,人类才首次成功试行这个方案。当时的项目是美国宇航局推出的信使号。信使号在引力助推的作用下飞行了6年半的时间,但2011年的时候,信使号终于成为第一个进入水星轨道的航天器。信使号环绕水星的时间长达4年之久,最终,由于燃料用尽而坠落到水星表面。

但故事还没结束。因为目前科学家正在思考如何通过引力助推的作用再次实现飞到水星的任务——贝皮可伦坡号。贝皮可伦坡号是以意大利科学家的名字命名的,因为这位科学家曾助力计算了水手10号去往水星的路径。贝皮可伦坡号已于2018年10月发射。贝皮可伦坡号由2个探测器组成,分别来自欧洲太空总署和日本的宇宙航空研究开发机构。这次任务中,贝皮可伦坡号可以完成分析水星磁场、地形、表面组成等任务。贝皮可伦坡号收集的信息将助力天文学家更好地理解离自己所环绕恒星很近的系外行星,同时也能更好地理解太阳系的形成方式。

为什么水星是我们探索最少的行星

贝皮可伦坡号

但以合适的速度抵达水星将会耗费7年的时间,强度很高。

贝皮可伦坡号采取的策略与信使号相似——它将进行9次飞近探测,然后才会于2025年进入水星轨道。其路径看起来很像是一个人带着呼吸描记器模板去城里,画了一系列椭圆。贝皮可伦坡号的第一次重大里程碑将在2020年4月出现,那时候,它会经过地球,并对地球做一次单独的飞近探测。

其后一直到2021年,贝皮可伦坡号将对进行做数次飞近探测。再往后直到2025年,航天器将在水星执行任务——进行6次飞近探测,并环绕太阳做几次飞行。在将速度和轨道调整合适后,将于12月进入水星轨道环行。不过,在那之前的飞近探测都不是无用功。而都将是研究人员的机会,可以通过它们来检测设备,并为关键时刻——最后抵达水星做准备。所以,即便是在研究的过程中,我们也很有可能对水星这颗最里面的行星了解许多。看起来可能像是马上就可以抵达水星了。但在太空里做什么事都不是那么容易。轨道力学和引力让情况变得更为复杂,但也会让我们更加欣赏科学家和工程师,在我本人看来,也让这一切更激动人心了。