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撞月模擬圖 |
新浪科技訊 北京時間10月8日消息，據(jù)國外媒體報道，美國東部時間10月9日上午7時31分(北京時間9日晚上7時31分)，美國月球隕坑觀測與傳感衛(wèi)星(以下簡稱LCROSS)將連續(xù)兩次撞擊月球，以尋找隱藏在月球最陰暗角落深處的水冰。撞擊激起大量塵埃，其距離月表的高度足以達(dá)到在地球上進行觀察的程度。
10億年不見陽光
LCROSS撞月是一項大膽的月球任務(wù)，準(zhǔn)備了整整3年之久，經(jīng)過4個月的太空飛行，所有這些努力將產(chǎn)生怎樣的結(jié)果將在短短4分鐘之內(nèi)一見分曉。在這段時間內(nèi)，LCROSS所攜帶的9個科學(xué)儀器將對其燃料耗盡的“半人馬座”火箭級撞月后產(chǎn)生的高空塵埃云進行直接研究。LCROSS項目負(fù)責(zé)人、來自美國宇航局位于加利福尼亞州莫菲特場艾姆斯研究中心的丹·安德魯斯表示：“LCROSS是一項非常令人興奮的任務(wù)，它將在一個真正意義上的高潮事件之后走向終結(jié)。”
月球是地球的伴星，有關(guān)這個不適于居住的星球有水存在的假設(shè)已經(jīng)有10年歷史。通過LCROSS傳感器掃描碎片云中的水存在化學(xué)信號，科學(xué)家將獲得支持這一假設(shè)的決定性證據(jù)。上世紀(jì)90年代執(zhí)行的“克萊門汀”號以及“月球探勘者”號月球任務(wù)幫助科學(xué)家了解到月球極地地區(qū)氫含量呈上升趨勢。他們認(rèn)為，氫來自于被捕獲的水冰。濃度較高的氫集中在永久性陰暗區(qū)隕坑。隕坑由隕石撞擊月球形成，所在的陰暗撞擊區(qū)處于令人無法想象的低溫狀態(tài)。LCROSS撞月任務(wù)首席研究員、艾姆斯研究中心的托尼·卡拉普瑞特表示：“這些隕坑所在地區(qū)溫度極低。”
科學(xué)家認(rèn)為，永久性陰暗區(qū)隕坑底部的溫度最低可達(dá)到零下240攝氏度(零下400華氏度)。卡拉普瑞特說，在這種低溫條件下，水趨向于凍結(jié)而不是升華為氣體。“在極地地區(qū)，太陽永遠(yuǎn)不會在地平線上方大約1.5度以上的區(qū)域出現(xiàn)，也就是說，隕坑壁將永久性地遮住隕坑底部，使其永遠(yuǎn)處于黑暗之中。”隕坑底部與陽光無緣的時間跨度達(dá)到令人難以置信的程度。卡拉普瑞特說：“隕坑底部處于永久性陰暗狀態(tài)。這種狀態(tài)可能已經(jīng)持續(xù)了10億年、20億年或者更久。”
撞擊月球南極隕坑
月球勘測軌道器(以下簡稱LRO)獲取的數(shù)據(jù)證實月球上有氫存在，甚至暗示潛在水冰存在的普遍性要超出此前的預(yù)計。9月，科學(xué)家宣布在此前認(rèn)為并不存在水的月球區(qū)域發(fā)現(xiàn)水存在證據(jù)。宇航局探索理事會首席月球科學(xué)家麥克·瓦哥表示：“最近的這些發(fā)現(xiàn)為出發(fā)尋找月球水的一項實驗奠定了基礎(chǔ)。”
如果LCROSS證明月球上確有水存在，那對于處在制定人類重返月球計劃初期階段的工程師來說，這無疑是一種莫大的恩惠。阿拉巴馬州亨茨維爾馬歇爾太空飛行中心月球先鋒機器人計劃負(fù)責(zé)人托德·梅表示：“毫無疑問，知道哪些區(qū)域可能存在水令人充滿癡迷。水的存在意味著你可以在這些區(qū)域生存下去，無需將水從地球帶到月球。”水不僅可以幫助宇航員解決口渴問題，同時還可以提供氧、電甚至于用于重返地球的火箭推進劑。
據(jù)宇航局透露，最新進行的評估預(yù)測，LCROSS將于美國東部時間的9日上午7點31分30秒(北京時間的9日晚上7點31分30秒)撞擊月球。借助于未來幾天采取的新導(dǎo)航解決方案，具體撞擊時間將與預(yù)測時間相差幾秒鐘。
根據(jù)科學(xué)家制定的計劃，位于月球南極附近寬度達(dá)到60英里(約合97公里)的Cabeus隕坑將作為此次的撞擊對象。根據(jù)LRO以及日本“月女神”號探測器最近得出的分析結(jié)果，科學(xué)家于上周宣布將Cabeus作為目標(biāo)隕坑。
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雙重撞擊 志在尋水
LCROSS的“牧羊航天器”是一個由諾斯洛普·格拉曼公司利用非定制零部件制造的六面平臺。自6月18日發(fā)射升空以來，這個平臺便拖著“宇宙神”5型火箭的“半人馬座”上級在深空中飛行。安德魯斯表示，在發(fā)射后不久推進劑耗盡之后，長41英尺(約合12米)，寬10英尺(約合3米)的“半人馬座”火箭的重量已相當(dāng)于一輛大型運動型多功能車(SUV)。
據(jù)宇航局透露，在美國東部時間8日晚上9點50分(北京時間9日上午9點50分)，“牧羊航天器”將與“半人馬座”分離。與“半人馬座”分離后，“牧羊航天器”將點燃發(fā)動機遠(yuǎn)離這枚火箭。月球引力將把這兩個物體拖向自身。安德魯斯說：“在撞向月球過程中，我們會燃燒一些推進劑并減小不可避免的加速度，以獲得兩次撞擊之間的觀測時間。”
“牧羊航天器”與“半人馬座”之間的距離將達(dá)到近400英里(約合644公里)，換算成飛行時間大約在4分鐘左右。這段飛行距離為“牧羊航天器”獲得要么成功，要么失敗的機會提供了足夠時間，允許其探測Cabeus內(nèi)部是否有水存在的堅實證據(jù)。
在以時速5600英里(約合每小時9012公里)的速度撞向月球時，“半人馬座”將激起超過350公噸月球表土并將其中一些表土送入最高距月表6英里(約合10公里)的高度，此時的表土與撞擊區(qū)之間的距離將達(dá)到30英里(約合48公里)。在這一高度，撞擊激起的碎片將暴露在陽光照射環(huán)境下，這在它們漫長的歷史中還是第一次。
據(jù)科學(xué)家預(yù)計，“半人馬座”將在月球上產(chǎn)生一個大約寬66英尺(約合20米)，深13英尺(約合4米)的撞擊坑。“半人馬座”幾乎正面撞向月球，撞擊角度較此前進行的撞擊相比更為陡峭。相比之下，“月球探勘者”號、“智能1號”以及“月女神”號都以更低的角度完成可控的撞月任務(wù)，因此在獲取有價值科學(xué)數(shù)據(jù)方面存在局限性。
在“半人馬座”之后，“牧羊航天器”也將快速墜向月球，完成自殺性撞擊任務(wù)，短短4分鐘之內(nèi)，LCROSS撞月任務(wù)將達(dá)到頂峰。借助于“牧羊航天器”的觀測和自我犧牲，科學(xué)家能夠與月球極地隕坑內(nèi)部進行親密接觸。
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撞擊點方位 |
9個科學(xué)儀器齊上陣
包括5架攝像機在內(nèi)的9個科學(xué)儀器將負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)并將其傳回位于艾梅斯研究中心的地面控制中心。Ecliptic Enterprises Corp。公司提供的1臺攝像機將拍攝實時錄像并以每秒幾幀的速度將影像傳回控制中心。另外4架近紅外和中紅外攝像機將對碎片云進行監(jiān)視，獲取有關(guān)這些噴出物熱屬性的詳細(xì)數(shù)據(jù)并尋找水存在跡象。據(jù)悉，這些攝影機由古德里奇?zhèn)鞲衅鳠o限公司(Goodrich Sensors Unlimited)、索馬泰克有限公司(Thermoteknix Ltd。)以及FLIR系統(tǒng)公司(FLIR Systems Inc。)旗下Indigo公司制造。
3個附在望遠(yuǎn)鏡上的分光計是所有9個科學(xué)儀器中最重要的成員，用于確定月球塵埃的具體構(gòu)成?？ɡ杖鹛乇硎荆鼈兊姆治鼋Y(jié)果是此次撞月任務(wù)中最具有決定性的。LCROSS攜帶的1臺光度計將負(fù)責(zé)測量“半人馬座”撞擊后產(chǎn)生的閃光亮度，每秒要進行大約1000次計算，所有計算結(jié)果匯集到一起便得到閃光亮度的詳細(xì)變化曲線。
LCROSS任務(wù)獲取的所有數(shù)據(jù)都將實時傳回科學(xué)操作中心，原因就在于這個探測器本身也將以撞月方式走向終結(jié)。安德魯斯說：“除了將數(shù)據(jù)傳回地球外，LCROSS上的任何東西都將在撞擊中消失得無影無蹤。”
觀測設(shè)備合力出擊
根據(jù)初步估計，“牧羊航天器”將于格林威治標(biāo)準(zhǔn)時間中午11點35分45秒(美國東部時間上午7點35分45秒)撞擊月球?？ɡ杖鹛卣f：“此次撞擊必將非常壯觀。月球每月要遭受3或4次這種規(guī)模的撞擊，基本上每周一次。LCROSS撞月的特殊性在于，我們知道何時何地發(fā)生，因此能夠?qū)⑺醒劬劢惯@一事件。”
這些“眼睛”不僅包括LCROSS本身，同時還包括LRO攜帶的科學(xué)儀器、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、“地球觀測-1號”技術(shù)驗證衛(wèi)星、瑞典的“奧丁”射電天文學(xué)衛(wèi)星以及“地球之眼”商業(yè)衛(wèi)星。“地球之眼”最初用于地球成像，這一次也將加入觀測LCROSS撞月行列。
此外，一系列地面望遠(yuǎn)鏡也將在此次觀測中扮演至關(guān)重要的角色。位于夏威夷的W.M。凱克望遠(yuǎn)鏡、雙子星北座望遠(yuǎn)鏡以及紅外望遠(yuǎn)鏡將負(fù)責(zé)研究撞擊產(chǎn)生的羽狀碎片云。位于加州、亞利桑那州以及新墨西哥州的其它望遠(yuǎn)鏡也同樣是此次撞月觀測的主要參與者。
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撞月航天器LCROSS組成(新浪科技制圖) |
除了其它國際觀測臺之外，官員們還將一家松散的業(yè)余天文學(xué)家組織以及觀測團體召集在一起，收集額外數(shù)據(jù)并鼓勵公眾積極參與。撞月計劃制定者在撞擊時間和位置選擇上可謂煞費苦心，其目的就是讓美國大部分地區(qū)能夠觀察到這一壯觀景象。其中，密西西比河西岸的觀察者將欣賞到最清晰的撞月瞬間。在天氣允許的情況下，孔徑10至12英寸(約合25至30厘米)的普通望遠(yuǎn)鏡也能觀察到巖石流以及可能被撞擊拋向天空的冰。
曾因軟件故障陷入險地
LCROSS撞月上演之時，地面觀測地點夜空中的月亮正接近滿月，能夠讓潛在的科學(xué)觀測回報實現(xiàn)最大化。在敲定將LCROSS裝入“宇宙神”5型火箭額外空間之前，被提議的對象共有19個，LCROSS最終脫穎而出。“宇宙神”5型火箭用于執(zhí)行規(guī)模更大的LRO任務(wù)。
官員們宣布，LCROSS將于2006年與LRO一同發(fā)射升空，撞月任務(wù)將在3年后進行。發(fā)射后4天，LRO進入繞月軌道，此時的LCROSS及其“半人馬座”火箭在月球引力影響下進入超高地球軌道，等待更富有戲劇性的“月球約會”。
借助于一系列小型推進器點火，LCROSS正對朝月球進發(fā)的軌道進行微調(diào)。在釋放“半人馬座”之前，LCROSS將按照計劃進行兩次點火。第三次點火被稱之為“制動操縱”，用于拉大這顆衛(wèi)星與“半人馬座”火箭之間的距離。
8月發(fā)生的一次軟件故障致使LCROSS燃燒掉近一半的推進劑，使其一度陷入長達(dá)數(shù)周的危險期，直至控制人員確信類似問題不會導(dǎo)致撞月任務(wù)夭折。LCROSS飛行指揮保羅·湯普金斯在4日刊登的一篇博客中指出：“LCROSS經(jīng)歷了這場考驗并且幸存下來。在我們看來，能夠順利完成撞月任務(wù)將是一項非常偉大的成就。”(孝文)
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