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在太空飞行8年后,“贝皮科伦坡”终于接近水星

9月3日,地面控制中心确认推进舱已成功与航天器主体分离,标志着欧洲航天局与日本宇宙航空研究开发机构联合任务进入最后阶段。在经历了超过2亿公里的漫长旅程后,探测器传回的数据显示一切进展顺利。

水星此前仅被探索过两次,且均由美国国家航空航天局(NASA)的探测器完成。即便没有推进系统故障,由于水星是距离太阳最近的行星,抵达那里也极具挑战性。当航天器向太阳系中心飞行时,本质上是在从地球向太阳更强大的引力场“坠落”。这部分相对容易,难点在于如何停止这种“坠落”。因此,抵达水星所需的燃料并非用于飞行,而是用于启动火箭进行减速。

航天器也可以利用其他行星的引力来减速,但这需要采取更复杂的路径,在天体之间绕行。迄今为止,贝皮可伦坡号(BepiColombo)已飞行了约60亿英里(99亿公里),通过绕地球飞行一次、金星两次、水星六次,总共完成了九次引力助推机动来控制速度。

此外,由于距离太阳极近,水星表面的温度可能高达华氏800度(约摄氏430度)以上。由于这颗小行星几乎没有大气层,夜间温度会骤降至华氏零下290度(摄氏零下180度)。因此,贝皮可伦坡号不仅要经受住这些极端温度的考验,还要应对昼夜之间剧烈的温差变化。

一旦进入预定轨道,BepiColombo探测器将分裂为两个独立的部分:一个是用于研究水星表面和内部结构的水星行星轨道器(MPO),另一个是用于探测水星磁场及其稀薄大气层的水星磁层轨道器(Mio)。这是人类历史上首次有多个探测器同时绕水星运行,其目的在于获得比任何单一探测器单独探测所能获得的更全面、更准确的数据。

Mio将进入一个较高的椭圆轨道,该轨道将使其能够环绕水星的极地运行;而MPO则会进一步降低其运行高度,并计划于2027年3月到达最终轨道。即使在探测器各就各位之后,真正的科学观测工作也不会立即开始。在开始观测之前,这些探测器还需要完成一系列准备工作(例如展开Mio上的关键防护装置)。科学观测预计将于2027年4月正式启动。

这两个探测器将试图揭开关于水星诸多未解之谜:为什么水星的核心相对于其整体体积而言含有大量的铁;为什么在水星极地那些永远处于阴影中的陨石坑中仍然存在冰;为什么水星是太阳系中除地球之外唯一拥有自己磁场的岩石行星;以及那些遍布水星表面的神秘凹陷结构(被称为“hollows”)的真正成因。

这些问题的答案有望为理解类地行星(包括地球)在太阳系中的形成与演化过程提供关键线索。天体物理学家还计划利用该任务的精确轨道数据来验证爱因斯坦的广义相对论——由于水星距离太阳非常近,因此它是验证引力如何扭曲时空的理想实验对象。