那些年人类发射过的行星探测器

人类的求知欲是永无止境的,当我们对地球的认识越来越深入时,对于宇宙的好奇与 探索 也从未停止。近代以来,人类发明了望远镜可以隔着大气远距离观测行星,却无法对行星进行近距离观察与深入研究。随着近代航天 科技 的不断发展,人类利用现有 科技 研制出空间探测器为解决这一问题打开了新的局面。空间探测器是对地球以外的空间环境、月球、行星等天体以及宇宙进行探测的无人航天器。其中用来探测行星的探测器便是行星探测器。

人类对太阳系其他行星的 探索 开始于地球的近邻——金星。但是可以想见 探索 的过程并不总是一帆风顺的,由于技术的不成熟,不论对于当时的美国还是苏联来说,失败都是司空见惯的。美国于1960年3月11日率先向金星发射了行星探测器"先驱者5号",然而却因为电池故障造成无线电通信中断,以失败告终。1962年7月22日,美国发射"水手1号"。不幸的是在升空仅仅数分钟之后火箭便偏离航线,朝着卡纳维拉尔角附近人口稠密的港口码头和居民区上空飞去,地面控制中心为了安全起见,不得不按下了火箭自毁按钮。"水手1号"和"水手2号"是互为备份的"一对"探测器。这两颗探测器的本体直径都是1米左右,高度0.36米,使用太阳能供电,并携带了备用的电池,以备不时之需。这两艘飞船利用地球和太阳的方位作为空间航行导航参照物,并携带了足够的气体,以便在偏离航线时喷射气体进行轨道修正。在对故障原因进行紧急排查之后,1962年8月27日,作为备份的"水手2号"出发了。它的发射很顺利,在升空半小时之后,这艘飞船开始瞄准它的目标:金星,飞去。当年12月14日,"水手2号"在距离金星34838公里处飞过,完成了对金星的逼近考察,从而成为人类首个成功飞掠另一颗行星的探测器。而首次抵达金星的则是苏联的"金星3号",它于1966年3月1日在金星硬着陆成功,成为世界航天史上第一个着陆其他行星的探测器,但其通讯系统未能传回任何讯息,估计是由于降落时撞毁所致。次年也就是1967年,苏联吸取失败的经验发射"金星4号"探测器,"金星4号"是第一个成功将数据从另一个星球的大气传回地球的航天探测器,但是它在金星表面的巨大压力之下坚持了很短一段时间就崩溃了。而世界上第一个到达金星并成功进行实地考察的探测器是苏联的"金星7号","金星7号"在1970年8月搭载火箭成功发射升空,并于12月15日首次成功在金星表面软着陆,为人类后续 探索 金星提供了宝贵的实测数据。

在太阳系中最靠近太阳的一颗行星是水星,正是因为水星靠近太阳,大大增加了探测难度,它的运转速度是行星里最快的,使得探测器一旦离开地球向太阳飞去,便会受太阳的引力不断加速,水星的引力相较太阳影响太小,不足以使探测器跟上并在其附近做环绕运动。1973年11月3日,"水手10号"成功发射,它原本的使命是 探索 金星,仅仅是从水星附近掠过,它距离水星最近时仅有300千米左右。在第三次经过水星并拍摄超过1万张照片后,"水手10号"耗尽了使它保持稳定位置的气体,无法为地球传回最新的消息和资料了,这是人类第一次看清楚水星的表面。"水手10号"虽然三顾水星,但基本都是从同一地区的上空飞掠,因此大约只有37%的水星表面被探测到,让人类对水星有了初步的了解。2004年8月3日,为进一步 探索 水星,美国发射"信使号"水星探测器,"信使号"经过长达六年半的时间经过不断地调整修正最终于2011年进入水星轨道,成为世界上第一个到目前为止也是唯一一个水星环绕探测器,开始对水星进行为期一年的拍照探测工作,据宇航局工作人员介绍"信使号"的 探索 面积将达到95%,为科学家们测定研究 探索 水星取得极为珍贵的照片和资料。在任务结束后,"信使号"于2015年撞击向水星表面,和水星融为一体。2018年10月20日,欧日联合研发的"贝皮科伦坡号"卫星成功发射,预计需要花费7年时间才能最终抵达水星,目前"贝皮科伦坡号"正在深空旅行中,一切顺利,期待有更多的探测成果为人类揭开水星的奥秘。

今年7月底,有三个国家在十天之内向火星发射探测器,之所以近期陆续发射火星探测器,是因为这几天火星离地球最近,考虑到时间成本、经济成本和技术限制,我们必须选择一条最佳轨道完成任务,而这条最佳轨道只有在地球与火星相对位置满足合适条件的时候才能实现,这个相对位置合适所对应的发射时间段就被称为发射窗口。如果错过了这次的发射窗口,就只能再等两年了。7月23日,我国"天问一号"火星探测器搭载长征五号遥四运载火箭在海南文昌发射中心成功升空。预计7个月后到达火星附近。这是我国首次自主探测火星,并且计划通过这一次探测任务实现火星环绕、着陆和巡视,这不仅仅是在国内,在国际上也是首次,难度系数非常之大。一旦成功,将标志着我国在深空探测领域取得了重大进展。火星,中国来了!人类 探索 火星的开端是1960年,前苏联向火星发射火星1A号探测器。而 历史 上第一个成功到达火星的探测器是在1964年11月,美国成功发射"水手4号"火星探测器,8个月后成为人类第一个飞掠火星并传回火星照片的探测器,使得人类第一次近距离看到火星表面的样子。1971年11月14日,美国"水手9号"进入环火星轨道,成为第一个环火星探测器,自此以后人类才终于对火星进行了长期观测。随后美、苏、欧、日、印等国相继发射了数十个火星探测器,人类对于火星的认识逐渐加深。

木星作为一颗气态行星,不能像类地行星那样采用着陆的方式进行 探索 ,只能采用探测器环绕以及进入大气层的方式进行探测。迄今为止,2011年8月美国发射的"朱诺号"探测器是人类 历史 上距离木星最近的行星探测器,它历时5年于北京时间2016年7月5日顺利进入木星轨道,展开探寻木星起源的任务。截至目前,"朱诺号"已经围绕木星运转了22圈,取得了丰硕的科学成果,包括对木星著名的"大红斑"进行了详细考察,并且发现了此前从未被观测到的多个木星的卫星。按照目前的状况,"朱诺号"应该能够正常工作至2021年7月。世界上第一个穿越小行星带近距离观测木星的探测器是美国于1972年3月2日发射"先驱者10号"探测器,"先驱者10号"于当年12月发回人类史上第一组木星近距离图像。除此之外,1977年8月美国发射"旅行者1号","旅行者1号"在飞往太阳系外的过程中经过木星时首次发现了木星环。这些探测器均不是专门为探测木星而发射的探测器,而世界上第一颗直接专用于探测木星的探测器则是美国在1898年搭载"亚特兰蒂斯号"发射的"伽利略号"木星探测器,"伽利略号"于1995年12月抵达环木星轨道对木星开始进行 探索 。"伽利略号"一直运行到2003年9月,直到它所带的燃料接近枯竭,科学家们将不能有效地控制它的飞行轨道。为了避免"伽利略号"上的核燃料污染可能存在生命的星球,"伽利略号"在地面引导下撞向木星,结束了它对木星的 探索 ,留下了许多珍贵的照片和资料。

世界上第一个拜访土星的探测器是美国于1973年4月6日发射的"先驱者十一号"。正如它的名字一样,"先驱者十一号"是一名"先驱者",它的轨道设定的与"旅行者号"一样,它将率先飞过土星的光环,用以测试是否有暗淡光环会损毁探测器,如若探测到有危险存在,"旅行者号"将会更改轨道离开土星光环,但将会失去拜访天王星及海王星的机会。幸而"先驱者十一号"、"旅行者一号"和"旅行者二号"均成功飞越土星,并近距离拜访土星,发回万余张彩色照片。短暂的飞越不足以解答人们对土星的种种好奇,为进一步探测土星,美国与欧空局联合研制并于1997年10月15日成功发射了"卡西尼号"土星探测器,该探测器历时7年最终于2004年7月1日顺利进入土星轨道,成为首个也是迄今为止唯一一个环土星探测器。在其运行期间,"卡西尼号"土星探测器环绕土星将近300次,执行了将近200万次命令,传回了33万余张图像,并取得了最让人激动的成就——揭示了土星卫星系统孕育生命的可能性。它的表现大大超出预期,在屡次借助土卫六等卫星的引力变轨,并以极其精俭的燃料使用方式服役长达 13 年之久后,"卡西尼号"最终于2017年9月15日撞向土星成为这颗行星本身的一部分。

到目前为止,人类对太阳系的每一颗行星,都已经发射过探测器做过至少一次的近距离探测,但是距离太阳最远的两颗行星天王星和海王星,只是美国发射的为飞往太阳系外的探测器"旅行者1号"和"旅行者2号"在飞掠天王星与海王星时进行了走马观花式的近距离探测。

随着航天 科技 的迅猛发展,科学家们后续又发射了许多行星探测器,有成功也有失败,它们向地球传回了大量的宝贵资料,逐渐揭开了蒙在行星上的神秘面纱。

水星简介

目前没有 因为水星离太阳太近 人类的科技水平还不能抗拒太阳的高温 但是在1973年11月3日,美国发射了水手10号宇宙飞船,对水星进行飞近探测。它是迄今唯一“访问”过水星的宇宙飞船。

水星

英文名:Mercury

水星最接近太阳,是太阳系中第二小行星。水星在直径上小于木卫三和土卫六,但它更重。奇观五星联珠

水星基本参数:

轨道半长径: 5791万 千米 (0.38 天文单位)

公转周期: 87.70 天

平均轨道速度: 47.89 千米/每秒

轨道偏心率: 0.206

轨道倾角: 7.0 度

行星赤道半径: 2440 千米

质量(地球质量=1): 0.0553

密度: 5.43 克/立方厘米

自转周期: 58.65 日

卫星数: 无

公转轨道: 距太阳 57,910,000 千米 (0.38 天文单位)

在古罗马神话中水星是商业、旅行和偷窃之神,即古希腊神话中的赫耳墨斯,为众神传信的神,或许由于水星在空中移动得快,才使它得到这个名字。

早在公元前3000年的苏美尔时代,人们便发现了水星,古希腊人赋于它两个名字:当它初现于清晨时称为阿波罗,当它闪烁于夜空时称为赫耳墨斯。不过,古希腊天文学家们知道这两个名字实际上指的是同一颗星星,赫拉克赖脱(公元前5世纪之希腊哲学家)甚至认为水星与金星并非环绕地球,而是环绕着太阳在运行。

仅有水手10号探测器于1973年和1974年三次造访水星。它仅仅勘测了水星表面的45%(并且很不幸运,由于水星太靠近太阳,以致于哈博望远镜无法对它进行安全的摄像)。

水星的轨道偏离正圆程度很大,近日点距太阳仅四千六百万千米,远日点却有7千万千米,在轨道的近日点它以十分缓慢的速度按岁差围绕太阳向前运行(岁差:地轴进动引起春分点向西缓慢运行,速度每年0.2",约25800年运行一周,使回归年比恒星年短的现象。分日岁差和行星岁差两种,后者是由行星引力产生的黄道面变动引起的。)在十九世纪,天文学家们对水星的轨道半径进行了非常仔细的观察,但无法运用牛顿力学对此作出适当的解释。存在于实际观察到的值与预告值之间的细微差异是一个次要(每千年相差七分之一度)但困扰了天文学家们数十年的问题。有人认为在靠近水星的轨道上存在着另一颗行星(有时被称作Vulcan,“祝融星”),由此来解释这种差异,结果最终的答案颇有戏剧性:爱因斯坦的广义相对论。在人们接受认可此理论的早期,水星运行的正确预告是一个十分重要的因素。(水星因太阳的引力场而绕其公转,而太阳引力场极其巨大,据广义相对论观点,质量产生引力场,引力场又可看成质量,所以巨引力场可看作质量,产生小引力场,使其公转轨道偏离。类似于电磁波的发散,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,传向远方。--译注)

在1962年前,人们一直认为水星自转一周与公转一周的时间是相同的,从而使面对太阳的那一面恒定不变。这与月球总是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年,通过多普勒雷达的观察发现这种理论是错误的。现在我们已得知水星在公转二周的同时自转三周,水星是太阳系中目前唯一已知的公转周期与自转周期共动比率不是1:1的天体。

由于上述情况及水星轨道极度偏离正圆,将使得水星上的观察者看到非常奇特的景像,处于某些经度的观察者会看到当太阳升起后,随着它朝向天顶缓慢移动,将逐渐明显地增大尺寸。太阳将在天顶停顿下来,经过短暂的倒退过程,再次停顿,然后继续它通往地平线的旅程,同时明显地缩小。在此期间,星星们将以三倍快的速度划过苍空。在水星表面另一些地点的观察者将看到不同的但一样是异乎寻常的天体运动。

水星上的温差是整个太阳系中最大的,温度变化的范围为90开到700开。相比之下,金星的温度略高些,但更为稳定。

水星在许多方面与月球相似,它的表面有许多陨石坑而且十分古老;它也没有板块运动。另一方面,水星的密度比月球大得多,(水星 5.43 克/立方厘米月球 3.34克/立方厘米)。水星是太阳系中仅次于地球,密度第二大的天体。事实上地球的密度高部分源于万有引力的压缩;或非如此,水星的密度将大于地球,这表明水星的铁质核心比地球的相对要大些,很有可能构成了行星的大部分。因此,相对而言,水星仅有一圈薄薄的硅酸盐地幔和地壳。

巨大的铁质核心半径为1800到1900千米,是水星内部的支配者。而硅酸盐外壳仅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融状。

事实上水星的大气很稀薄,由太阳风带来的被破坏的原子构成。水星温度如此之高,使得这些原子迅速地散逸至太空中,这样与地球和金星稳定的大气相比,水星的大气频繁地被补充更换。

水星的表面表现出巨大的急斜面,有些达到几百千米长,三千米高。有些横处于环形山的外环处,而另一些急斜面的面貌表明他们是受压缩而形成的。据估计,水星表面收缩了大约0.1%(或在星球半径上递减了大约1千米)。

水星上最大的地貌特征之一是Caloris 盆地(右图),直径约为1300千米,人们认为它与月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,Caloris盆地很有可能形成于太阳系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同时造成了星球另一面正对盆地处奇特的地形(左图)。

除了布满陨石坑的地形,水星也有相对平坦的平原,有些也许是古代火山运动的结果,但另一些大概是陨石所形成的喷出物沉积的结果。

水手号探测器的数据提供了一些近期水星上火山活动的初步迹象,但我们需要更多的资料来确认。

令人惊讶的是,水星北极点的雷达扫描(一处未被水手10号勘测的区域)显示出在一些陨石坑的被完好保护的隐蔽处存在冰的迹象。

水星有一个小型磁场,磁场强度约为地球的1%。

至今未发现水星有卫星。

通常通过双筒望远镜甚至直接用肉眼便可观察到水星,但它总是十分靠近太阳,在曙暮光中难以看到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由“星光灿烂”这个天象程序作更多更细致的定制。

未知点

水星的密度(5.43克/立方厘米)几乎与地球相同,但在许多方面它与月球更为相似,它是否在一些早期灾难性大碰撞中丢失了轻质岩石?

通过水星表面的光谱分析,并未发现铁的痕迹。由于我们假定巨大铁质核心的存在,这种情况便很古怪,水星是否与其他类地行星竭然不同呢?

水星平坦的平原是如何形成的?

在我们无法看见的另一面是否存在着惊人的景观呢?以地球获得的低分辨雷达并未显示出任何奇迹,但这种事谁知道呢?

最近一项关于两次新水星任务的建议已被定于1999年执行,另几项建议以经费问题而被予以否决。

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众神信使——水星

水星是九大行星中最靠近太阳的行星,中国古代称水星是辰星。西方人叫它墨丘利,墨丘利是罗马神话中专为众神传递信息的使者,而水星也不愧为信使的称号:它是太阳系中运动最快的行星。水星公转平均速度为每秒48公里,公转周期约为88天。

由于水星距离太阳太近了,个头又小,人们平时很难看到它。水星的表面和月球表面极为相似。其上布满了大大小小的环形山。水星的大气极为稀薄,昼夜温差很大,白天表面温度可达427度以上, 黑夜最低温度可降到零下173度左右。

水星的半径为2440公里,是地球半径的38.3%。水星的体积是地球的5.62%,质量是地球的0.05倍。水星外貌如月,内部却像地球,也分为壳、幔、核三层。天文学家推测水星的外壳是由硅酸盐构成的,其中心有个比月球还大的铁质内核。

水星的自转周期为58.646日,自转方向与公转方向相同。由于自转周期与公转周期很接近,所以水星上的一昼夜比水星自转一周的时间要长得多。 它的一昼夜为我们的176天,白天和黑夜各88天。

水星没有卫星,因此水星的夜晚是寂寞的,那里没有“月亮”,除了太阳以外,天空中最亮的星是金星。