03.09 星辰大海之旅（65）彗星探测B乔托号和国际彗星探险者探测器

一、乔托号探测器

乔托号(Giotto)航空器是一艘欧洲空间局所发射的太空船，主要任务是探测哈雷彗星。1985年6月2日发射，1986年3月13日成功以596公里的距离通过哈雷彗星的核心。

（一）简介

乔托号是为了纪念意大利画家乔托·迪·邦多纳而命名的，他曾在1301年观测过哈雷彗星，并视为伯利恒之星。

乔托号的外形是一直径1.8米、高3米的圆柱体，重950千克。飞行8个月后，于1986年3月14日从哈雷彗核中心607公里处掠过，拍摄了1480张彗核照片。照片上显示的彗核形状凸凹不平、参差不齐，彗核长15公里、宽8公里，比维加号测得的数据大一些。

（二）任务

美国原打算与乔托号一起发射卫星来探测哈雷彗星，但后来因预算遭削减而取消计划。美国国家航空航天局计划使用低轨道上的航天飞机来搭载观测仪，但因1986年1月发生挑战者号航天飞机灾难而取消。

所以后来计划由5个卫星来联合探测哈雷彗星，包括乔托号、苏联的维加一号(Vega1)及维加二号(Vega2)、日本的彗星号及先锋号。在这个计划中，日本的2颗卫星与美国在1978年发射升空的国际彗星探险者号(International Cometary Explorer)从远距离来观测彗星。苏联的织女一号及织女二号则负责定位彗核的位置，并传回相关数据，让乔托号可以近距离地观测彗核。因为乔托号非常接近彗核，所以欧空局认为它将会遭受高速彗星粒子的破坏。这次探测哈雷彗星的卫星组合也被称为

（三）探测

亚利安一号运载火箭在1985年6月2日从法属圭亚那库互(Kourou)将乔托号发射升空

1、接近哈雷彗星

苏联的织女一号在1986年3月4号开始将彗星照片传回地球，并在3月6日首次观测到哈雷彗星的彗核。而织女二号也紧接在3月9日飞过哈雷彗星。

乔托号在1986年3月14日成功以600公里的距离通过彗核附近，并在小型彗星粒子的撞击之下幸存下来。其中一次撞击让乔托号的转动轴发生偏移，所以它的天线无法指向地球，并毁坏了部分仪器。在32分钟的调整后，乔托号继续收集有关哈雷彗星的资料。

彗星粒子另一次撞击乔托号则破坏了彩色相机，不过是发生在乔托号近距离通过彗核，并传回照片之后。

2、第一次飞掠地球

乔托号的轨道后来为了可以飞掠地球而受到修正，卫星上的仪器则在1986年3月15日世界协调时02:00关闭。

3、接近葛里格-斯克杰利厄普彗星

乔托号在1990年7月2日再度运作，并借着地球的引力弹弓接近下一个探测目标。乔托号在1992年7月10日接近葛里格-斯克杰利厄普彗星(CometGrigg-Skjellerup)，距离仅有200公里。卫星上的仪器则在1992年7月23日再度关闭。

4、第二次飞掠地球

乔托号在1999年第二次飞掠地球，这次并没让卫星上的机器再度运作。

（四）发现

科学家从乔托号拍摄的照片得知，哈雷彗星的彗核形状类似花生，长15公里，宽7至10公里。彗核只有10%的表面有地质活动，至少有3个喷射孔位在面向阳光的那一面。经过分析后得知哈雷彗星约在15亿年前形成，所以挥发性的物质(主要是冰)已经凝结成星际彗星粒子。

经过探测得知，哈雷彗星喷射出的物质中有80%是水、10%一氧化碳、2.5%甲烷与氨的混何物，其他则是烃、铁及钠。每秒从哈雷彗星喷射出的物质大约有3公吨，分别从7个喷射孔喷发出来，并导致彗星在运行时会晃动。

哈雷彗星的彗核比煤炭还黑，表示它被一层厚实的尘埃所覆盖。彗核的表面相当粗糙且多孔，整体的密度约0.3公克/立方厘米，估计值则是0.6公克/立方厘米。

由哈雷彗星喷射出的物质大约只有香烟烟雾粒子般大。

（五）成就——四个第一

乔托号是：（1）历史上距离哈雷彗星最近的探测器。（2）历史上首次拍摄到彗核照片的探测器。（3）历史上首艘近距离接触两颗彗星的探测器。（4）历史上从冬眠模式再重新启动的探测器。

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二、国际彗星探险者探测器

人类第一次近距离观测彗星，是1985年由NASA的探测器“国际彗星探险者号”完成的。国际彗星探险者探测器，外文名称International Cometarv Ex-plorer，美国研发，1978年8月发射，原定任务是观测太阳风，1985年因故改道观测彗星。

（一）工作历程

1978年8月，美国发射一颗叫作“国际日地探险者3号”的卫星，当它在太空运行4年之后，便借助月球重力场的作用，于1983年3月接受考察贾科比尼一津纳彗星的使命。1985年9月11日，它进入一条与贾科比尼-津纳彗星交会的轨道，成为世界上第一个与彗星会合并穿越彗尾的探测器。因此，后来改名为“国际彗星探险者”号。

（二）发射目的

用于研究彗星的空间探测器。探测彗星的本质及其组成成分，可以了解太阳风的物理性质和化学成分。彗星探测器上的仪器，用以探测彗尾中的等离子体密度、流动速度、温度和重离子特性等。探测器装有变轨发动机，用以改变探测器的轨道，以便拦截彗尾，达到直接探测彗尾的目的。国际彗星探险者探测器将分别在 1985年和1986年探测贾可比尼彗星和哈雷彗星。

（三）特点

国际彗星探险者探测器是第一个环绕空间日地系统中的一个拉格朗日平动点(离地球约150万千米处)运行的卫星，也就是它既不环绕地球又不环绕太阳或月球运行，平动点处太阳引力恰好与月-地系统的引力平衡。

探测器是一颗早期预报太阳活动的卫星，它比绕地轨道的1号和2号（国际日地探险者）要早一个小时探测到太阳风的传播。它还能提供银河宇宙射线源和γ射线爆发的数据。3号于1983年被改名为国际彗星探险者卫星(ICE)，任务为1985年9月与贾可比尼-津纳彗星会合，探测彗尾。因此，它必须飞越月球并借助月球引力场提高运行速度。在与上述彗星会合后还将飞往哈雷彗星，测量太阳风对哈雷彗星的影响等数据。

（四）彗星探测发展史

人类第一次近距离观测彗星，是1985年由NASA的探测器国际彗星探险者号完成的。这个探测器原本打算对太阳进行观测，后来由于一些原因而改道考察彗星。

1986年，欧洲航天局(ESA)"乔托"号探测器成功接近了哈雷彗星。这个探测器飞到了距离哈雷彗星彗核不到600公里的地方，冒着被彗星散发出的尘埃粒子击毁的危险，成功地拍下了哈雷彗星花生形状般彗核的照片。

1999年2月，NASA发射了"星尘"号彗星探测器。2004年1月初，"星尘"号成功地在距离Wild-2彗星150公里的地方收集到彗核发出的物质，并将于2006年1月带着采集到的样品返回地面。

2004年3月2日，ESA发射了"罗塞特"号彗星探测器，对67P/楚留莫夫·格拉西门克彗星进行观测，并计划于2014年发射着陆器"菲莱"到达该彗星表面。

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三、【附】黎明号小行星探测器

黎明号小行星探测器，是由美国研制的，第一个探测小行星带的人类探测器，也是第一个先后环绕谷神星与灶神星这两个体积最大的小行星的人类探测器。2007年9月27日早7时34分从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空。

发射时间：2007年。 目的地：谷神星。

（一）探测经历

经过7年的漫长旅途，2015年3月7日周五晚21时36分，美国宇航局（NASA）喷气推进实验室任务中心收到了黎明号发出的信号，标志着黎明号小行星探测器进入谷神星轨道，成为首个造访矮行星的探测器，同时也成为第一个近距离造访矮行星的人造探测器。

据报道，黎明号于在2015年3月7日周五20:39时，距离谷神星约6.1万公里处被其引力捕获，经过离子推进器的精确姿态调控，在太空中划过一道优美的弧线，成功改变轨道，落入了谷神星的轨道，抵达旅途的终点。在过去的7年半的航行中，它在宇宙空间中飞行总距离达到49亿公里。

“黎明号就像是完成了一趟接力传球，从太阳的势力范围转交到了谷神星的势力范围里。”喷气推进实验室的发言人给出了一个十分形象的介绍。由于黎明号的天线设计， “从黎明号发出信号，到 NASA 的'深空'通信网络收听到黎明号的呼叫之间，由此产生

作为留存于太阳系的“活化石”，对谷神星的研究将帮助科学家揭开太阳系和地球，乃至我们人类自身的起源之谜。

太阳系的小行星带是位于火星和木星轨道间的小行星密集区域，天文学家估计这里有大约50万颗种类各异的小行星。灶神星是与地球类似的岩状天体，谷神星则是典型的冰状天体，这两个极不相同的天体竟可同处一个小行星带上，其原因也是“黎明”号需要揭示的奥秘之一。根据2006年8月国际天文学联合会提出的新定义，谷神星已从小行星升格为矮行星。

（二）研究成果

2017年2月16日电，科学家报告说，美国航天局“黎明”号小行星探测器在太阳系一颗小行星——谷神星上发现了可能构成生命的碳基有机化合物。

科学家在最新一期美国《科学》杂志上报告说，“黎明”号小行星探测器在谷神星北半球一个直径为50公里的陨坑附近发现了有机化合物的踪迹。有机化合物的区域遍布陨坑，但化合物存在的陨坑边缘形成时间并不长，说明这些化合物是谷神星“土生土长”的物质，不是通过撞击等方式带来的外部物质。

据称，谷神星目前可能还保有形成时期的内部热量，科学界认为谷神星蕴藏着惊人数量的冰，冰盖下可能藏有海洋，这为谷神星上产生最原始的生命形式提供了可能。

2017年10月，美国国家航空航天局（NASA）官网报道，“黎明”号的第二次拓展任务，仍然“锁定”火星和木星之间的小行星带中的最大物体——矮行星谷神星。在此期间，探测器将降到比以往任何时候都要低的轨道，直至燃料用尽。

“黎明”号团队正在完善下一阶段任务的最后计划。由于其承诺保护谷神星免受污染，“黎明”号将不会在其上陨落，而是始终保持在轨道上，直到2018年下半年结束与地球的通信。

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四【注释】

（1）矮行星：矮行星或称"侏儒行星"，体积介于行星和小行星之间，围绕恒星运转，质量足以克服固体引力以达到流体静力平衡(近于圆球)形状，没有清空所在轨道上的其他天体，同时不是卫星。最终的定义会比这复杂得多，有的倾向于把太阳系外围较小的天体称作"矮行星"，有人则愿意把它们叫做"小行星"，或者"柯伊伯带行星"。

矮行星的特点是外幔和表面由冰冻的水和气体元素组成的一些低熔点的化合物组成，有的其中混杂着的一些由重元素化合物组成的岩石质的矿物质。对于行星级的冰矮星来讲，最大的是冥王星，最小的是卡戎。像谷神星这样的距太阳较近的行星，表面的冰物质主要是水，而冥王星和卡戎的表面冰物质主要是水和熔点更低的甲烷、氮、一氧化碳等物质。过去曾将这些矮行星算作小行星中的一类，直到2006年才将它们从一般小行星中分离出来，划作单独的一类，称为矮行星，并把

矮行星的这种星体结构和它产生的地处太阳系外围的低温环境和自身的质量有关，一方面，太阳的温度不足以将它们的由气体元素组成的低熔点物质驱散，另一方面，它们自身原始质量较小，星体本身不能将氢氦等较轻的轻元素气体束缚住。

矮行星家族成员有：冥王星、卡戎星（冥卫一）、阎神星、谷神星、鸟神星、妊神星。

妊神星：

（2）谷神星：在2006年，被国际天文学联合会将谷神星重新定义为矮行星，移除小行星之列。谷神星(Ceres)是太阳系中最小的、也是唯一位于小行星带的矮行星。由意大利天文学家皮亚齐发现，并于1801年1月1日公布。谷神星曾被认为是太阳系已知最大的小行星。谷神星很可能是一个分化型星球，具有岩石内核，地幔层包含大量冰水物质，现探测到星球表面有大量载水矿物质。初步推测水占谷神星体积的40%。谷神星还能通过太阳能获得能量，因为它距离太阳仅2.8个天文单位。谷神星位于火星和木星轨道间的小行星带中，此前研究已确认其内部存在大量的冰。欧航局在《自然》杂志上报告说，他们利用赫歇尔望远镜首次在谷神星上发现了水蒸气，这些水蒸气来自谷神星表面颜色较深的区域。科学家推测可能拥有液态水的海洋。

（3）灶神星：灶神星(4 Vesta)是第四颗被人类发现的小行星，也是小行星带质量最高的天体之一，灶神星的直径约为483公里，质量估计达到所有小行星带天体的9%。同时，灶神星的表面比不少小行星光亮，成为唯一一颗可在地球上可以肉眼看到的小行星。扁圆球体，有大的凹陷和突出。灶神星是自转(5.342小时)较快的小行星，方向是顺行。灶神星被认为有以铁镍为主的金属核心，外面包覆著以橄榄石为主的地幔和岩石的地壳。明显的特征是在邻近南极点有一个巨大的，直径460公里的雷亚希尔维亚盆地。灶神星上的盆地，被认为是巨大撞击坑。还有几个大的陨石坑，直径约在150公里，深度7公里，也被观察到。灶神星上的撞击坑，多以维斯塔贞女命名。灶神星上的槽沟，以古罗马的节日和祭典命名。。太阳系内许多种的小天体被认为是灶神星被撞击后产生的碎片，灶神星族的小行星和HED陨石就是例子。

（4）小行星带是太阳系内介于火星和木星轨道之间的小行星密集区域，由已经被编号的120,437颗小行星统计得到，98.5%的小行星都在此处被发现。

2019-3-13