失效太空望远镜将撞击月球搜寻水冰痕迹(图)

2012年11月07日 07:14   新浪科技 微博   
科学想象图:赫歇尔空间望远镜运行于距离地球100多万公里处的第二拉格朗日点科学想象图:赫歇尔空间望远镜运行于距离地球100多万公里处的第二拉格朗日点
示意图:正在高速撞向月球的LCROSS撞击器以及半人马座上面级示意图:正在高速撞向月球的LCROSS撞击器以及半人马座上面级
这是赫歇尔空间望远镜发射升空之前的情景这是赫歇尔空间望远镜发射升空之前的情景

  新浪科技讯 北京时间11月7日消息,据国外媒体报道,隶属于欧洲空间局(ESA)的赫歇尔空间望远镜到明年3月份便将结束其在红外波段观测宇宙的使命。而关于这架望远镜在结束任务之后的去向,科学家们建议让其撞击月球,以此来探测月球地表下可能隐藏的水的线索。

  这项提案是由来自30多个国家的行星科学家组成的一个国际小组提出来的。目前这项提案仍然处于欧空局的评估阶段,预计今年年底左右将会由欧空局管理层做出最后的裁决。

  赫歇尔空间望远镜计划耗资超过14亿美元,明年3月份起任务期便将宣告结束。这是由其自身携带的冷却用超流体液氦逐渐耗尽这一事实决定的。按照欧空局赫歇尔望远镜项目科学家古兰·皮尔巴特(Göran Pilbratt)的说法,一旦冷却液管中的冷却剂耗尽,这台先进望远镜上搭载的3台成像和光谱仪设备就将几乎立即失效。

  赫歇尔望远镜拥有11.5英尺(约合3.5米)直径的主镜,是有史以来人类发射升空的望远镜中口径最大的。其卫星整体长度约为25英尺(约合7.6米),宽13英尺(约合3.96米)。

  根据设计,赫歇尔空间望远镜专门用于穿透恒星新生区的尘埃气体云雾,探查遥远的星系,研究恒星际尘埃,并对太阳系内的天体开展观测。要想达成其卓越的红外观测能力,赫歇尔望远镜本身必须保持在大约0.3K的工作温度,约合-272.85摄氏度。

  而一旦赫歇尔望远镜携带的冷却液耗尽,那么此时望远镜设备便会开始升温,它也将无法再进行红外波段的敏锐观测工作。赫歇尔空间望远镜于2009年5月发射升空,当时它一共携带了大约2300升,约合600加仑的液氦冷却液,然而在太空环境下,这些冷却液会逐渐沸腾蒸发殆尽。皮尔巴特表示:“一旦冷却液耗尽,那时赫歇尔望远镜便将是运行于太空之中的一堆无用设施。”

  在经过一段短暂的工程测试之后,地面控制中心将会赫歇尔空间望远镜离开它目前位于第二拉格朗日点的位置,这个位置远离地球达100多万公里,在这里地球和太阳之间的引力达到了平衡状态。由于赫歇尔望远镜在第二拉格朗日点的轨道是不稳定的,欧空局希望引导赫歇尔望远镜进入一个确定的轨道。皮尔巴特表示:“这艘飞船必须被置于一个安全的位置以‘处理后事’,你可不想它突然砸到谁的头上。”

  目前欧空局正在认真考虑两种备选方案:

  第一种是将赫歇尔望远镜推入一个太阳轨道,这样它在未来至少数百年内将不会再接近地球;

  第二种方案是引导赫歇尔望远镜进入撞击月球的轨道,令其高速冲向月球以便在此过程中对月球地表下方可能存在的水冰进行探测。赫歇尔从目前的位置抵达月球将需要飞行大约100天左右,当然这还要取决于它最终将要撞击的地点位于南极还是北极。

  尼尔·博维斯(Neil Bowles)是英国牛津大学的行星科学家,也是提出这一撞击方案的科学家小组协调人。他表示,一旦该计划得到批准,那么赫歇尔的月球撞击计划将比2009年时美国实施的LCROSS月球撞击计划更加剧烈,但是与此同时其撞击精度也会更高一些。当时美国的LCROSS计划撞击了月球南极的一个陨石坑并在那里检测到了存在水的线索。

  LCROSS撞击器于2009年搭载美国宇航局的月球勘测轨道器(LRO)一起,由一枚属于美国联合发射联盟(ULA)的大力神-5型火箭发射升空。探测器抵达月球之后,其上搭载的LCROSS撞击器以及发射火箭的半人马座上面级一同撞向月面,速度高达每小时6000英里(约合9600公里),将大量岩石土壤碎屑从月球南极陨石肯的永久阴影区中溅射出来,以便母船和地球上的探测设备可以检测到其中所含有的水的信号。探测的结果是,母船上搭载的探测器在撞击溅起的尘埃中检测到了水汽成分,从而证实了长久以来科学家们认为月球两极的永久阴影区可能存在水冰的猜测。

  在LCROSS撞击探测计划实施3年之后,科学家们使用月球勘测轨道器上搭载的仪器制作的温度图发现在月球上拥有分布更加广泛的水分布信号。原先科学家们认为水冰只分布在两极的陨石坑永久阴影区内,这里的温度可以达到-204摄氏度以下。但是更新的观点是认为在一些间歇性能照射到一部分阳光的地区的地表下方也有可能存在水冰物质。

  博维斯表示:“在一部分接近极地的地区,在一年中仅有很少的机会会被阳光照射到,因此在这些地区的地表之下也有可能存在一些水冰成分。”而此次如果实施赫歇尔望远镜的撞击计划,这就将有望验证这一理论模型预测,并校正LRO探测器的遥感探测结果。

  如果这些间歇性受到阳光照射的区域同样存在水冰和其它挥发物,如二氧化硫,二氧化碳,甲醛,氨,以及甲醇等物质,那么就意味着这些区域将是更加适合未来载人登陆的地区。未来的登月宇航员或许将可以通过加热这些水冰获得饮用水,可供呼吸的氧气,甚至就地制造火箭燃料。

  博维斯在一次电话采访中表示:“存在这样一种可能性,那就是在一些地区地表下方数厘米至数米深度上有水分成分埋藏,考虑到赫歇尔望远镜的自身质量和撞击速度,这样的深度是可以被这样一次飞船撞击行动暴露出来的。”他说:“我们预期将可以看到一些物质被溅射出来,而如果你使用适当的位于轨道上或位于地面上的设备,你就可以探测到它。”

  LCROSS当时的撞击得益于搭载它并将其运抵月球轨道的母船,而对于赫歇尔望远镜而言,其进行的撞击动作必须考虑从地球或地球轨道的角度进行观测的问题,如地基望远镜以及哈勃空间望远镜等等。当然还有仍然在月球轨道运行的月球勘测轨道器(LRO)上搭载的观测设备。撞击发生后,科学家们将使用光谱仪尝试分析溅出物的化学成分,并从中搜寻水的痕迹。

  随着其燃料箱清空,赫歇尔望远镜的净质量大约为2.8吨,比之前美国的撞击体要稍稍重一些。科学家们希望它将可以以大约6000英里每小时(约合9600公里)的速度撞击月球。博维斯表示:“事实上这是一个非常不同的撞击器,但是我们预期最后我们将可以撞出一个大小与09年LCROSS项目相似的撞击坑,并造成规模相当的溅出物质。”美国宇航局估算认为2009年的撞击行动在月球上造成了一个宽度约为92英尺(28米),深度约为16英尺(约合4.87米)的撞击坑。

  博维斯表示他计划在11月份与月球科学界的科学家们进行商议,从而确定最终进行撞击行动的月球陨石坑目标。博维斯表示:“我们必须保持前进,希望这一计划可以成行,直到欧空局明确地答复我们‘是’或者‘否’。如果该计划最终成行,那么它将很快在明年执行,因此我们必须现在就做好准备。”赫歇尔望远镜撞向月面的时间点将大约是在2013年6月份或7月份。

  相关的官员表示,欧空局使用即将退役的赫歇尔望远镜执行这样一次撞击行动将是从费用上考虑最为合算的。正如博维斯所说的那样:“相比专门研制并发射一个这样的撞击计划,使用赫歇尔望远镜进行撞击的做法显然要便宜的多。”

  然而尽管如此,在欧空局内部同样有一些官员反对这项方案。皮尔巴特表示:“很多人认为这样做很有趣,然而也确实有一些人非常不喜欢这个方案。”他说:“我想我所知道的那些反对该项计划的人更多的是从感情方面出发的。他们说不应该以这样的方式告别赫歇尔空间望远镜,还有人说不应该污染月球,诸如此类。”

  然而这已经不是第一次科学家们使用一艘接近退役的飞船去撞击月球以期搜寻水的痕迹的尝试。早在1999年,接近退役的美国宇航局月球勘测者飞船被地面指令,自杀式地撞向月球南极的一个陨石坑,然而在那次撞击中,科学家们未能检测到水汽成分。除此之外,欧洲的智慧-1号轨道器,中国的嫦娥-1号探测器,以及日本的辉夜姬月球轨道器最终都选择了主动撞击月球的做法,只是其中没有一个对准了月球极地地区。

  保罗·戈德史密斯(Paul Goldsmith)是在美国宇航局任职的赫歇尔空间望远镜项目科学家,美国宇航局是赫歇尔项目的合作方。戈德史密斯说:“撞击月球,这似乎有些残忍。不过对于一艘已经不再能继续从事天文研究工作的卫星而言,这或许是它们能做出的最后的科学贡献,尽管这可能并不符合公众想象中一个科学任务结束的模式。”(晨风)

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