探秘水星:被太阳 “困住” 的星球,探测难度系数爆表!

文摘   2024-12-01 17:08   山东  

点击上方蓝字关注我们吧


水星凌日

这是水星凌日时的震撼景象。小小的水星正在快速的掠过太阳。这场景就仿佛一只小蜜蜂从大象的身边飞过一样。你知道吗?水星被认为是最难探测的行星。迄今为止,只有美国的水手十号和信使号探测器到过水星。探测水星究竟有多难呢?

起初的时候,天文学家们对水星并不感兴趣。他们觉得水星无非就是一个离太阳最近的行星。那里肯定就是一个被太阳不断烘烤的不毛之地,枯燥乏味的很。因而没有人愿意花费大量的人力物力财力去探测它。20世纪60 ~ 70年代,美国航空航天局搞了一个水手计划来探测太阳系内的类地行星。水手计划一共发射了10个探测器,其中有3个去了金星,6个飞往火星,只有最后的水手10号去了水星。水手10号让人们第一次看到了水星的表面,果然不出所料,水星的表面遍布陨石坑,像极了月球表面,是一个枯燥乏味的不毛之地。

水星

水手十号探测器实际上是环绕太阳飞行的。它对水星的探测只是3次飞掠,并没有被水星的引力俘获而成为它的一颗卫星。因此,探测器飞到水星不难,难得是它得进入环绕水星轨道从而成为水星的一颗卫星。

水星是太阳系中最小的行星。它的质量只有地球的5.5%。因而水星的引力是很微弱的。可是,小小的水星却又是最靠近太阳的行星。水星轨道的近日点距离太阳只有4600万公里。太阳的质量是水星的600万倍。水星和太阳相比,就如同一头6吨重的非洲象和1克重的蜜蜂相比,相差太悬殊了。因此,水星不仅被太阳的强大引力所控制,而且还在以每秒钟 48 公里的速度在轨道上运行着。它是太阳系中公转速度最快的行星。这使得它成为了一个难以接近的行星。而探测器想要进入到环绕水星的卫星轨道更是难上加难。

水星和太阳

我们可以打个比方,整个太阳系在太阳的引力控制下就像是一个巨大的旋涡。位于太阳身边的小小水星就几乎处于旋涡中心了。如果不是水星以高速的公转来对抗太阳的强大引力,它早就掉到太阳上面了。而我们向水星发射探测器,就是朝着这个由太阳强大引力形成的巨大旋涡的中心飞去。探测器的速度会越来越快。而小小的水星所能产生的引力旋涡,在太阳产生的巨大旋涡面前显得是多么的微不足道。因此探测器要想准确的落入水星的引力旋涡而不坠入太阳的引力旋涡中是非常困难的。    

水星和太阳

探测器要进入环绕水星的卫星轨道究竟有多难呢?信使号任务的天体化学家拉里・尼特勒曾经这样解释道:“将航天器送入环绕水星轨道有两大挑战:引力和预算。当探测器从地球飞向水星时,它就会落入太阳的引力陷阱当中。探测器越靠近太阳时速度就会越快。如果选择直接从地球飞向水星,那么当探测器抵达水星附近时就需要大量的燃料来减速,可是这样做就会远远超出工程和预算的承受能力。”

从水手十号探索水星后又过了30年,也就是2004年,第二颗水星探测器信使号才发射升空。

信使号探测器

在预算可控的前提下,信使号探测器选择了一条非常复杂的航线飞向了水星。2004年8月3 日,信使号探测器发射升空,并于2011年3月18日进入环绕水星轨道。这么算来,信使号用了6年7个月16天才成功进入环绕水星轨道。 

 

这是因为水星离我们很远吗?其实从行星的平均距离上看,水星是我们最近的行星。水星到地球的平均距离只有7400万公里,那为什么信使号探测器却用了这么久的时间才到达水星那里呢?原来为了避免因速度过快无法进入环绕水星轨道,信使号探测器在飞往水星的途中多次经过了地球、金星和水星,利用行星的引力弹弓效应来给自己减速。这样整个过程下来,它总共飞行大约79亿公里。这段距离比冥王星的远日点还要远大约5亿公里,大约是水星到地球平均距离的 107 倍。信使号探测器走了这么多的弯路,其实就是不断的给自己减速,以便能够被水星微弱的引力俘获啊!

信使号的飞行路线

即使探测器成功地进入环绕水星轨道后也会面临严峻的考验。由于离太阳非常近,水星表面的温度非常高。白天温度最高的时候能够达到 432℃。如果探测器在靠近水星时没有足够的时间冷却,那么水星表面反射的强烈阳光就会把探测器上的焊料融化。因此,即使探测器成功的成为环绕水星的卫星后,也要不时的给自己降温。信使号探测器采取了一个离心率非常大的椭圆轨道。它离水星最近的时候有200公里,最远的时候则有10000公里。这样它在远离水星的时候就有充分的时间来冷却自己的元件了。  

水手10号探测器

总之,水星之所以难以探测就是因为它离太阳太近了。探测器要想成功的被水星的引力俘获是非常困难的。稍有不慎就会被太阳的引力俘获而环绕太阳运行了。因此,我们说水星是太阳系中最难探测的行星一点都不为过啊!你觉得呢?一起聊一聊吧!


往下划,为你推荐往期热门文章。

朋友们可以关注我的视频号“兔斯基聊科学”观看更多精彩科普视频。




         

 

   

兔斯基聊科学
普及科学知识,点亮你的好奇心!
 最新文章