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再见,伽利略!

2003-10-22 11:52 作者:鲁伊 2003年第4041期
没人能够否认伽利略作为有史以来最伟大的天文学家之一的事实。以他命名的伽利略号探测器也是如此。它将永远站在最成功的行星探测器的行列中

太空飞行器

“正如科学史家已经告诉过我们的,伽利略也许并不是最早发现木星卫星的人,环境和自身的众多限制也使他的成就大打折扣。但没人能够否认伽利略作为有史以来最伟大的天文学家之一的事实。以他命名的伽利略号探测器也是如此。它将永远站在最成功的行星探测器的行列中。”

——克劳迪亚•亚历山大博士,NASA伽利略项目负责人

太平洋时间9月21日12时43分14秒,位于美国加州高得斯通(Goldstone)附近的深空网络(Deep Space Network)跟踪站天线不再能够接收到“伽利略号”(Calileo)发回的信号。此时,聚集在帕萨迪纳市NASA喷气动力实验室的数百名科学家们知道,46分钟前,在走过了为期14年长达4631778000公里的漫漫长途之后,木星探测器“伽利略号”终于走到了自己的终点,消失在木星背面的黑暗中。

这是一次早在预料当中的告别。6年前,在围绕木星运行了两年之后,“伽利略号”就已经完成了自己的最初使命。但是,为了尽可能发挥“伽利略号”的余热,同时,也因为它由美国能源部提供的两台放射性同位素热电转换发电机依然还可以供给探测器动力,NASA先后3次延长了它的服役时间——虽然,正是1997年12月开始的为期两年的“伽利略欧罗巴任务”(Galileo Europa Mission),最终注定了“伽利略号”在稠密的木星大气中粉身碎骨的命运。

1976年,科学家们设想对木星及其“伽利略卫星”——木卫一伊娥、木卫二欧罗巴、木卫三干尼梅德和木卫四卡利斯托——实施一次探测任务。1977年夏天,国会批准了经费,项目开始筹备起来。到1982年,探测器发射的时间表得以确定。按照计划,“伽利略号”将是第一个由航天飞机发射的探测器。实际上,“伽利略号”还承担着帮助当时还处于起步阶段的航天飞机树立起美国未来太空探索主要工具的任务。然而,事情却就此急转直下。

航天飞机和探测器自身的问题使“伽利略号”的发射时间一再推后,从1982年先后改期为1984年、1985年、1986年,最后终于定在1989年。在这期间,它经历了预算削减、政治风波、5任总统的更替、数次彻底的重新设计、“挑战者号”航天飞机的失事,依然顽强地坚持了下来。1989年10月18日,尽管已经错过了最理想的发射时机(1982年),尽管因为动力的限制它必须选择一条迂回前进的路线——绕过金星一次、地球两次以获得足够的引力加速度,“伽利略号”还是由“亚特兰蒂斯号”航天飞机带入太空,开始了自己的征程。

虽然道路曲折,它却使“伽利略号”在没有看到木星之前就有机会观测到许多此前从未被近距离观测过的天体。1991年10月,在飞过小行星带时,“伽利略号”拍下了小行星Gaspra的照片。这是人类第一次获取一颗小行星的近距离图像。不到一年后,“伽利略号”又拍下了另一颗小行星Ida,并发现了它的卫星Dactyl——第一颗小行星的卫星。1994年,它还直接观测到了苏梅克-利维9号彗星撞击木星的经过。在长达6年的飞行后,1995年,“伽利略号”终于抵达了木星,立刻开始了对木星大气层及表面的观测。

但是,“伽利略号”的观测能力却因为它的主天线——高增益天线(High-Gain Antenna)的故障而大大打了折扣。因为发射时间延迟而带来的飞行路线改变,为了保护“伽利略号”上的高增益天线免受超过预计的太阳热量的损害,在1990年12月它第一次飞过地球时,项目工程师将伞状的高增益天线收了起来,通过剩下的一对低增益天线以较慢的速率发送和接收数据。然而,1991年4月,当“伽利略号”远离太阳,过热的危险解除后,直径4.8米的高增益天线却再也打不开了。特别行动小组进行了大量试验,终于发现,可能是天线的18根“伞骨”中的几根(可能是3根)在合拢时卡住了。尽管工程师和科学家们花了很多力气来打开这些伞骨,结果却全是枉然。从1993年到1996年间,因为其他一些配套设备的改进,伽利略项目的工程师们使用低增益天线和临时改装的数据速记系统,依然取得了许多惊人的成就。

1995年7月13日,“伽利略号”携带的降落探测器与主飞行器分离,开始朝着木星做自由落体运动。5个月后,这个锅形的探测器在1995年12月7日以每小时17万公里的速度冲入木星大气,在打开降落伞后缓慢下降200公里。在这个长达58分钟过程中,它在相当于地球表面气压23倍的环境下向“伽利略号”发回了火星大气中的日照、热流、压力、温度、风、闪电和大气成分等数据,远远超出了当初设计时的预想。

实际上,就像NASA伽利略项目负责人克劳迪亚亚历山大博士所说的,“奇迹不断地发生在这个任务上”。尽管完成最初任务中4次飞过干尼梅德、3次飞过卡里斯托和3次飞过欧罗巴使“伽利略号”饱受辐射重创,但在6年前,它的预定任务完成后,伽利略项目的科学家们发现,“伽利略号”依然老当益壮。1997年12月,“伽利略号”的服役期第一次被延长。在延长期中,它的主要研究对象被定位成木卫二欧罗巴和木卫一伊娥。

欧罗巴是最让科学家们兴奋的一颗卫星。在延长的服役期中,“伽利略号”一共8次飞过欧罗巴。发回的大量数据显示,在这颗冰封的星球表面之下,可能覆盖着辽阔的海洋。而如此众多的液态水,很可能预示着某种形态的生命的存在。

此外,在“伽利略欧罗巴任务”和“伽利略千年任务”中,伽利略号观测到了伊娥上令人惊心动魄的火山喷发场景,干尼梅德奇异的磁场,卡里斯托伤痕累累的表面,并为“卡西尼号”探测器提供了帮助。

在立下了这些功绩后,“伽利略号”终于要面对自己的身后事。伽利略任务的科学家们,早已经决定了它的归宿:冲入木星大气,被巨大的摩擦力化为碎片,然后在炽热的大气中彻底蒸发。做出这样的决定完全是出于对下一步探测的考虑。“伽利略号”上的推进剂已经快要耗尽,只有在地球上的科学家还能控制它的天线和运行路线时安排好终点,才能避免失去控制的“伽利略号”撞到别的地方——尤其是欧罗巴上。那样,它可能携带的地球上的微生物就会污染这颗充满希望的卫星,为将来的研究者们带来识别上的麻烦。

“伽利略号”的十大科学发现

1.测量木星大气元素,发现它的相对主要成分有异于太阳。这预示木星可能由太阳系星云演化而来。

2.首次在另一颗行星的大气中观测到氨云,预示其下可能存在含有水分的云层。

3.发现木卫一伊娥上大范围的火山活动相当于地球上的100倍。火山喷发的热量和频率让人得以揣测地球形成早期的情形。

4.木卫一伊娥大气中复杂的等离子相互作用可以与木星的大气互相影响。

5.发现能够支持木卫二欧罗巴冰层下存在液态海洋理论的证据。

6.发现木卫三干尼梅德是第一个已知的拥有磁场的卫星。

7.传回的磁场数据显示,木卫二、木卫三和木卫四都拥有液态的盐水层。

8.证据显示,木卫二、木卫三、木卫四都拥有稀薄的大气层——被称为外大气层。

9.发现木星的环系统由内行星系小行星撞击木星内侧4颗小型卫星后掀起的尘埃所形成。同时发现,最外层的木星环其实是两个,一个藏在另外一个中间。

10.“伽利略号”是第一个能够在巨行星的磁气圈中停留足够长时间、从而测出它的球体结构及动态的太空飞行器。

“伽利略号”创下的纪录

1.首次飞过一颗小行星并拍下它的图像(小行星Gaspra和Ida)。

2.发现了第一颗围绕小行星运转的卫星(小行星Ida及其卫星Dactyl)。

3.惟一一个直接观测到苏梅克-利维9号彗星撞击木星经过的太空飞行器。

4.作为第一个整个飞入外太阳系行星大气的太空飞行器,测出了木星大气的成分和结构,从而为木星和太阳系其他巨行星的成因提供了线索。

5.迄今为止惟一一个围绕外太阳系行星运转的太空飞行器(2004年,“卡西尼号”将开始围绕土星运转,成为第二颗围绕外太阳系行星运转的人造卫星)。

 

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