歐洲失效太空望遠鏡將撞擊月球搜尋水冰痕跡(組圖)

Daphane

來自: 新浪科技

科學想象圖：赫歇爾空間望遠鏡運行於距離地球100多萬公里處的第二拉格朗日點



示意圖：正在高速撞向月球的LCROSS撞擊器以及半人馬座上面級



　這是赫歇爾空間望遠鏡發射升空之前的情景

　　新浪科技訊 北京時間11月7日消息，據國外媒體報道，隸屬於歐洲空間局(ESA)的赫歇爾空間望遠鏡到明年3月份便將結束其在紅外波段觀測宇宙的使命。而關於這架望遠鏡在結束任務之後的去向，科學家們建議讓其撞擊月球，以此來探測月球地表下可能隱藏的水的線索。

　　這項提案是由來自30多個國家的行星科學家組成的一個國際小組提出來的。目前這項提案仍然處於歐空局的評估階段，預計今年年底左右將會由歐空局管理層做出最後的裁決。

　　赫歇爾空間望遠鏡計劃耗資超過14億美元，明年3月份起任務期便將宣告結束。這是由其自身攜帶的冷卻用超流體液氦逐漸耗盡這一事實決定的。按照歐空局赫歇爾望遠鏡項目科學家古蘭·皮爾巴特(Gran Pilbratt)的說法，一旦冷卻液管中的冷卻劑耗盡，這台先進望遠鏡上搭載的3台成像和光譜儀設備就將幾乎立即失效。

　　赫歇爾望遠鏡擁有11.5英尺(約合3.5米)直徑的主鏡，是有史以來人類發射升空的望遠鏡中口徑最大的。其衛星整體長度約為25英尺(約合7.6米)，寬13英尺(約合3.96米)。

　　根據設計，赫歇爾空間望遠鏡專門用於穿透恆星新生區的塵埃氣體雲霧，探查遙遠的星系，研究恆星際塵埃，並對太陽系內的天體開展觀測。要想達成其卓越的紅外觀測能力，赫歇爾望遠鏡本身必須保持在大約0.3K的工作溫度，約合-272.85攝氏度。

　　而一旦赫歇爾望遠鏡攜帶的冷卻液耗盡，那麽此時望遠鏡設備便會開始升溫，它也將無法再進行紅外波段的敏銳觀測工作。赫歇爾空間望遠鏡於 2009年5月發射升空，當時它一共攜帶了大約2300升，約合600加侖的液氦冷卻液，然而在太空環境下，這些冷卻液會逐漸沸騰蒸發殆盡。皮爾巴特表示：“一旦冷卻液耗盡，那時赫歇爾望遠鏡便將是運行於太空之中的一堆無用設施。”

　　在經過一段短暫的工程測試之後，地面控制中心將會赫歇爾空間望遠鏡離開它目前位於第二拉格朗日點的位置，這個位置遠離地球達100多萬公里，在這里地球和太陽之間的引力達到了平衡狀態。由於赫歇爾望遠鏡在第二拉格朗日點的軌道是不穩定的，歐空局希望引導赫歇爾望遠鏡進入一個確定的軌道。皮爾巴特表示：“這艘飛船必須被置於一個安全的位置以‘處理後事’，你可不想它突然砸到誰的頭上。”

　　目前歐空局正在認真考慮兩種備選方案：

　　第一種是將赫歇爾望遠鏡推入一個太陽軌道，這樣它在未來至少數百年內將不會再接近地球；

　　第二種方案是引導赫歇爾望遠鏡進入撞擊月球的軌道，令其高速沖向月球以便在此過程中對月球地表下方可能存在的水冰進行探測。赫歇爾從目前的位置抵達月球將需要飛行大約100天左右，當然這還要取決於它最終將要撞擊的地點位於南極還是北極。

　　尼爾·博維斯(Neil Bowles)是英國牛津大學的行星科學家，也是提出這一撞擊方案的科學家小組協調人。他表示，一旦該計劃得到批準，那麽赫歇爾的月球撞擊計劃將比 2009年時美國實施的LCROSS月球撞擊計劃更加劇烈，但是與此同時其撞擊精度也會更高一些。當時美國的LCROSS計劃撞擊了月球南極的一個隕石坑並在那里檢測到了存在水的線索。

　　LCROSS撞擊器於2009年搭載美國宇航局的月球勘測軌道器(LRO)一起，由一枚屬於美國聯合發射聯盟(ULA)的大力神-5型火箭發射升空。探測器抵達月球之後，其上搭載的LCROSS撞擊器以及發射火箭的半人馬座上面級一同撞向月面，速度高達每小時6000英里(約合9600 公里)，將大量岩石土壤碎屑從月球南極隕石肯的永久陰影區中濺射出來，以便母船和地球上的探測設備可以檢測到其中所含有的水的信號。探測的結果是，母船上搭載的探測器在撞擊濺起的塵埃中檢測到了水汽成分，從而證實了長久以來科學家們認為月球兩極的永久陰影區可能存在水冰的猜測。

　　在LCROSS撞擊探測計劃實施3年之後，科學家們使用月球勘測軌道器上搭載的儀器制作的溫度圖發現在月球上擁有分布更加廣泛的水分布信號。原先科學家們認為水冰只分布在兩極的隕石坑永久陰影區內，這里的溫度可以達到-204攝氏度以下。但是更新的觀點是認為在一些間歇性能照射到一部分陽光的地區的地表下方也有可能存在水冰物質。

　　博維斯表示：“在一部分接近極地的地區，在一年中僅有很少的機會會被陽光照射到，因此在這些地區的地表之下也有可能存在一些水冰成分。”而此次如果實施赫歇爾望遠鏡的撞擊計劃，這就將有望驗證這一理論模型預測，並校正LRO探測器的遙感探測結果。

　　如果這些間歇性受到陽光照射的區域同樣存在水冰和其它揮發物，如二氧化硫，二氧化碳，甲醛，氨，以及甲醇等物質，那麽就意味著這些區域將是更加適合未來載人登陸的地區。未來的登月宇航員或許將可以通過加熱這些水冰獲得飲用水，可供呼吸的氧氣，甚至就地制造火箭燃料。

　　博維斯在一次電話採訪中表示：“存在這樣一種可能性，那就是在一些地區地表下方數釐米至數米深度上有水分成分埋藏，考慮到赫歇爾望遠鏡的自身質量和撞擊速度，這樣的深度是可以被這樣一次飛船撞擊行動暴露出來的。”他說：“我們預期將可以看到一些物質被濺射出來，而如果你使用適當的位於軌道上或位於地面上的設備，你就可以探測到它。”

　　LCROSS當時的撞擊得益於搭載它並將其運抵月球軌道的母船，而對於赫歇爾望遠鏡而言，其進行的撞擊動作必須考慮從地球或地球軌道的角度進行觀測的問題，如地基望遠鏡以及哈勃空間望遠鏡等等。當然還有仍然在月球軌道運行的月球勘測軌道器(LRO)上搭載的觀測設備。撞擊發生後，科學家們將使用光譜儀嘗試分析濺出物的化學成分，並從中搜尋水的痕跡。

　　隨著其燃料箱清空，赫歇爾望遠鏡的凈質量大約為2.8噸，比之前美國的撞擊體要稍稍重一些。科學家們希望它將可以以大約6000英里每小時(約合9600公里)的速度撞擊月球。博維斯表示：“事實上這是一個非常不同的撞擊器，但是我們預期最後我們將可以撞出一個大小與09年LCROSS 項目相似的撞擊坑，並造成規模相當的濺出物質。”美國宇航局估算認為2009年的撞擊行動在月球上造成了一個寬度約為92英尺(28米)，深度約為16英尺(約合4.87米)的撞擊坑。

　　博維斯表示他計劃在11月份與月球科學界的科學家們進行商議，從而確定最終進行撞擊行動的月球隕石坑目標。博維斯表示：“我們必須保持前進，希望這一計劃可以成行，直到歐空局明確地答復我們‘是’或者‘否’。如果該計劃最終成行，那麽它將很快在明年執行，因此我們必須現在就做好準備。” 赫歇爾望遠鏡撞向月面的時間點將大約是在2013年6月份或7月份。

　　相關的官員表示，歐空局使用即將退役的赫歇爾望遠鏡執行這樣一次撞擊行動將是從費用上考慮最為合算的。正如博維斯所說的那樣：“相比專門研制並發射一個這樣的撞擊計劃，使用赫歇爾望遠鏡進行撞擊的做法顯然要便宜的多。”

　　然而盡管如此，在歐空局內部同樣有一些官員反對這項方案。皮爾巴特表示：“很多人認為這樣做很有趣，然而也確實有一些人非常不喜歡這個方案。”他說：“我想我所知道的那些反對該項計劃的人更多的是從感情方面出發的。他們說不應該以這樣的方式告別赫歇爾空間望遠鏡，還有人說不應該污染月球，諸如此類。”

　　然而這已經不是第一次科學家們使用一艘接近退役的飛船去撞擊月球以期搜尋水的痕跡的嘗試。早在1999年，接近退役的美國宇航局月球勘測者飛船被地面指令，自殺式地撞向月球南極的一個隕石坑，然而在那次撞擊中，科學家們未能檢測到水汽成分。除此之外，歐洲的智慧-1號軌道器，中國的嫦娥 -1號探測器，以及日本的輝夜姬月球軌道器最終都選擇了主動撞擊月球的做法，只是其中沒有一個對準了月球極地地區。

　　保羅·戈德史密斯(Paul Goldsmith)是在美國宇航局任職的赫歇爾空間望遠鏡項目科學家，美國宇航局是赫歇爾項目的合作方。戈德史密斯說：“撞擊月球，這似乎有些殘忍。不過對於一艘已經不再能繼續從事天文研究工作的衛星而言，這或許是它們能做出的最後的科學貢獻，盡管這可能並不符合公眾想象中一個科學任務結束的模式。” (晨風)