科学家解释为什么BepiColombo号的 Mercury任务如此棘手

前往水星似乎应该相当容易。这颗小小的岩石行星比木星等遥远的目的地离地球近得多,我们已经成功地向其发射了多艘宇宙飞船。此外,它不像我们最近的邻居金星那样拥有压力的巨大大气层

然而,事实上,抵达太阳系最内层行星实际上非常困难——这使得欧空局和日本宇宙航空研究开发机构的 BepiColombo 任务近乎奇迹地接近了水星,最近完成了其在明年进入轨道前的最后一次近距离飞掠

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法国国家科学研究中心(CNRS)的在职科学家、BepiColombo 仪器首席研究员 Lina Hadid 解释说,抵达水星之所以如此具有挑战性,是因为“太阳的引力在水星附近非常强,这使得宇宙飞船很难减速到足以进入行星轨道的程度。”

欧空局 BepiColombo 项目科学家 Johannes Benkhoff 补充说:“发射时需要大量的燃料和一枚非常大的火箭,或者可以借助行星进行行星飞掠。‘我们需要九次飞掠(一次在地球,两次在金星,六次在水星)来减速我们的宇宙飞船,并将其置于一个好的位置,以便进入水星的轨道。’”


2021年8月10日,欧日 BepiColombo 任务的监控相机拍摄了89张图像序列,当时宇宙飞船近距离飞掠金星。 图片来源:ESA/BepiColombo/MTM

此外,一旦你靠近水星,情况也不会变得更容易。不像金星或火星,这里没有大气层可以帮助宇宙飞船减速。而且由于离太阳如此之近,宇宙飞船必须承受极端的高温和辐射。

在 BepiColombo 之前,只有两次任务抵达过水星:20世纪70年代的 NASA 的水手10号近距离飞掠,以及 2011 年至 2015 年绕这颗小行星运行的信使号(MESSENGER)。水手10号向我们展示了水星表面布满陨石坑且贫瘠,没有大气层,但拥有一个巨大的金属核心。信使号则发现了休眠的火山、隐藏在阴影陨石坑中的水冰,以及一个偏心的行星磁场。

NASA 的信使号探测器拍摄的增强彩色图像。图片来源:NASA / JHU Applied Physics Lab / Carnegie Inst. Washington

科学家们对这个奇特的世界仍有许多未解之谜。水星为何如此异常地致密?它为什么拥有磁场,而月球没有?太阳风是如何改变这颗行星的地质的?

BepiColombo 计划在 2026 年 11 月进入轨道后,通过为期两年的对行星表面的详细观测来解决这些问题。Hadid 说:“这将允许进行深入的测绘和长期的研究,为水星的地质、内部结构和等离子体环境提供更完整的图景。”

该任务实际上是两个伪装成一个的卫星,直到它们到达目的地:水星行星轨道器(MPO)水星磁层轨道器(MMO)。Hadid 说:“这两艘具有不同轨道和视角的宇宙飞船将使我们能够从多个有利位置同时研究水星。”这些卫星包括多个光谱仪和相机,可以对不同波长的水星表面成像,以及磁力计、加速度计、尘埃计数器等,以描绘出行星周围环境的全貌。

尽管正式任务要到明年进入轨道后才能开始,BepiColombo 在其旅程中已经进行了一些有意义的科学研究。Benkhoff 说:“我们对太阳风、水星和金星周围的磁层环境有了很多了解,并且我们可以测试我们的实验,为名义任务做好更好的准备。”

最近这次最后一次近距离飞掠经过了水星的北极,让团队有机会发现一些永久阴影的陨石坑,并观测围绕水星磁场关键部分的离子。额外的惊喜:从这次近距离飞掠中有一些令人难以置信的水星图像,这是任何宇宙飞船曾经从如此近的距离观测水星。

Hadid 补充道:“水星总是带来惊喜。每一次飞掠都不同。我们已准备好在 2026 年 11 月进入轨道后进行激动人心的观测!”

 

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Briley Lewis

撰稿人

Briley Lewis 博士(她/她)是一位自由撰稿的科学作家和天文学家。在 Twitter @briles_34 上关注她,或访问她的网站 www.briley-lewis.com。


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