張唯誠(chéng)

一般來(lái)說(shuō)，航天器要到達(dá)它的目的地時(shí)是一個(gè)緊張的時(shí)刻，這時(shí)太空船要點(diǎn)燃推進(jìn)器減速，然后小心翼翼地進(jìn)入軌道。對(duì)于像谷神星這樣的小型天體，靠近它們更需要穿針引線般地精確，因?yàn)樗俣壬陨赃^(guò)快，那航天器就不是進(jìn)入軌道，而是“飛掠”而過(guò)了。

2015年3月是小行星探測(cè)器“黎明”號(hào)抵達(dá)谷神星的關(guān)鍵時(shí)刻，但科學(xué)家一點(diǎn)兒也不緊張，因?yàn)椤袄杳鳌碧?hào)裝有離子引擎。這種引擎通過(guò)電子轟擊氣態(tài)原子產(chǎn)生離子，離子經(jīng)電壓加速，形成高速噴射離子流，從而推動(dòng)航天器前進(jìn)?？茖W(xué)家為“黎明”號(hào)設(shè)計(jì)了一條漸漸靠近谷神星的路徑：開(kāi)始和谷神星以“并駕齊驅(qū)”的方式環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行，在此過(guò)程中一點(diǎn)點(diǎn)地接近谷神星，最后不知不覺(jué)地被谷神星的引力所捕獲，從而成為一顆環(huán)繞谷神星運(yùn)行的“人造衛(wèi)星”。

小行星帶中的秘密

谷神星的發(fā)現(xiàn)有一段曲折的經(jīng)歷，它的存在最初是由德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒推測(cè)出的。開(kāi)普勒認(rèn)為，在火星和木星的軌道之間應(yīng)該有一顆行星。德國(guó)天文學(xué)家提丟斯也認(rèn)為，行星與太陽(yáng)之間的距離存在著一種規(guī)律，按照這個(gè)規(guī)律，火星和木星之間的確應(yīng)該有一顆行星。1801年的第一天，意大利天文學(xué)家朱塞普·皮亞齊用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)那個(gè)區(qū)域時(shí)果然發(fā)現(xiàn)有一顆移動(dòng)的星，他斷定那就是一顆行星，然而幾個(gè)星期后那顆星又消失了，皮亞齊只獲得了幾個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，德國(guó)數(shù)學(xué)家高斯算出了那顆星的軌道。另一位德國(guó)天文學(xué)家?jiàn)W伯斯則用望遠(yuǎn)鏡重新把它找了回來(lái)。找到它的那一天恰恰是1801年的最后一天。

這顆在1801年和人們整整捉了一年“迷藏”的頑皮星星就是谷神星。在隨后的幾年里，人們又相繼在火星和木星軌道之間發(fā)現(xiàn)了智神星、婚神星和灶神星。這些星的個(gè)頭都不大，因此被歸為小行星。后來(lái)人們又將谷神星從小行星中劃分出來(lái)，將它和冥王星列為一類，成為矮行星了。

隨著在火星和木星軌道之間發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的巖石狀小天體，天文學(xué)家意識(shí)到那里是一個(gè)小行星的密集區(qū)域，于是就稱那個(gè)地方為小行星帶。那里的天體沒(méi)能長(zhǎng)成大行星，它們只能作為小行星而存在，所以說(shuō)，那些小行星其實(shí)是大行星的“半成品”。如此看來(lái)，小行星帶便是一個(gè)保留了早期太陽(yáng)系信息的絕好場(chǎng)所，探測(cè)小行星帶中兩顆典型的天體——灶神星和谷神星，了解這兩顆星球上隱藏的原始信息，從而揭示太陽(yáng)系起源的秘密，這就是“黎明”號(hào)所肩負(fù)的使命。

灶神星的過(guò)去

“黎明”號(hào)起程于2007年9月27日，它的行程長(zhǎng)達(dá)50億千米，耗時(shí)8年，它的第一站是灶神星。

2011年6月，“黎明”號(hào)抵達(dá)了灶神星。它拍攝的照片顯示，灶神星上地勢(shì)險(xiǎn)峻，地表特征呈多樣性，有高山、峽谷和凹槽，它的自轉(zhuǎn)也非?？?，自轉(zhuǎn)一周為5.3小時(shí)。

早在1997年，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡就為灶神星拍了一張“快照”，雖然只是模糊的一瞥，但人們還是知道了灶神星最顯著的地表特征就是巨大的隕石坑。當(dāng)“黎明”號(hào)靠近了灶神星時(shí)，人們對(duì)隕石坑的印象變得更加清晰了。科學(xué)家將灶神星上最大的隕石坑命名為“雷亞希爾維亞”，它深約20千米，直徑約500千米。隕石坑的中間矗立著一座高山，其頂峰的高度超過(guò)20千米，是太陽(yáng)系中高度雄居第二的山峰，僅次于火星上的奧林匹斯山。由于灶神星的引力很弱，在上面形成高山并非難事，假若把這山放在地球上，它就會(huì)因重力而下沉，高度會(huì)降低許多。

灶神星承受的巨大撞擊一共有兩次，除了造成“雷亞希爾維亞”隕石坑的那次撞擊外，另一次撞擊發(fā)生得更早，它產(chǎn)生的隕石坑名叫“維納尼亞”，直徑為400千米，后來(lái)被“雷亞希爾維亞”抹去了一大半。這兩次撞擊雖然沒(méi)有讓灶神星分崩離析，卻使其面目全非，灶神星赤道以南的古老地面也完全被清除掉了。

根據(jù)科學(xué)家的分析，“雷亞希爾維亞”大約形成于10億年前，撞擊的“不速之客”直徑足有20千米，它將灶神星上的大量物質(zhì)鏟到了太空中，大部分變成了小行星。幾千萬(wàn)年后，這些小行星中的一些又落到了地球上。地球上的隕石有6%都來(lái)自灶神星，來(lái)自于那次造成了“雷亞希爾維亞”隕石坑的驚天一撞。

破解巖石行星形成之謎

來(lái)自灶神星的隕石為科學(xué)家們帶來(lái)了灶神星內(nèi)部的信息。20世紀(jì)70年代，人們?cè)谘芯吭钌裥请E石時(shí)，通過(guò)分析其中的化學(xué)物質(zhì)證明了一種推測(cè)，那就是灶神星并不是一顆只具有單一結(jié)構(gòu)的星體，它的內(nèi)部有分層結(jié)構(gòu)。人們發(fā)現(xiàn)，灶神星的巖石熔化過(guò)，假若是這樣，星球冷卻后就會(huì)產(chǎn)生分層結(jié)構(gòu)，它可能很像地球，有一層殼、幔，甚至有一個(gè)核。

灶神星這么小，通常難以產(chǎn)生很高的溫度和壓力去熔化它的巖石。也就是說(shuō)，灶神星中的鐵不會(huì)沉到星球的中心形成核，較輕的物質(zhì)也不會(huì)浮在上面形成殼，這樣也就不會(huì)有分層結(jié)構(gòu)了。然而，科學(xué)家們卻在來(lái)自灶神星的物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了輝石，它們一般只在熔巖中存在；科學(xué)家們也沒(méi)有在灶神星的隕石中找到鐵，這表明灶神星的表面沒(méi)有鐵，它們和表面物質(zhì)分離后沉到了星球的內(nèi)部，所以灶神星應(yīng)該擁有一個(gè)鐵核。

通過(guò)測(cè)量“黎明”號(hào)和灶神星之間的引力，科學(xué)家能夠確定灶神星的密度，其誤差不會(huì)超過(guò)1%。知道了密度，科學(xué)家就能得到一個(gè)有關(guān)灶神星鐵核的數(shù)據(jù)。他們發(fā)現(xiàn)，灶神星鐵核的半徑大約為110千米，這和人們對(duì)灶神星含鐵量的估計(jì)也是吻合的。

那么，灶神星是如何形成分層結(jié)構(gòu)的呢？一種合理的解釋是，在太陽(yáng)系形成的時(shí)候，有兩顆超新星爆發(fā)了，它們將一些放射性元素，例如鋁-26和鐵-60拋散到了太陽(yáng)系中，而那個(gè)時(shí)候，一些像灶神星這樣的天體正在成長(zhǎng)中，它們被稱為“原行星”。于是，灶神星就這樣被來(lái)自超新星的熾熱放射性元素所熔化，后來(lái)，放射性元素衰變了，灶神星涼了下來(lái)，并最終形成了自己的分層結(jié)構(gòu)。

灶神星原本有很多“同伴”，但那些“同伴”中的絕大多數(shù)都在大約40億年前成了像地球這樣的巖石大行星的一部分?，F(xiàn)在，通過(guò)“黎明”號(hào)獲得的大量數(shù)據(jù)，科學(xué)家終于能夠知道這些形成大行星的原始材料在太陽(yáng)系的形成過(guò)程中扮演過(guò)怎樣的角色了。

原來(lái)，地球和其他類似地球的巖石行星的形成是太陽(yáng)系整個(gè)演化過(guò)程中的“第二步”。從某種意義上說(shuō)，這些行星是行星世界的“食人族”，它們“吞食”比它們更小的天體，而那些天體則已經(jīng)經(jīng)歷了“第一步”的演化歷程，具備了行星的一些基本特質(zhì)，它們有了核和其他分層結(jié)構(gòu)，它們就是像灶神星這樣的原行星，所以灶神星只是一個(gè)被遺留下來(lái)的“幸存者”，是太陽(yáng)系原始材料和復(fù)雜行星之間的“連接點(diǎn)”?！袄杳鳌碧?hào)任務(wù)的負(fù)責(zé)人克里斯·拉塞爾說(shuō)：“地球并沒(méi)有創(chuàng)造自己的鐵核，它的核事先已在原行星中經(jīng)過(guò)了預(yù)處理。我們可以把灶神星這樣的原行星想象成通往地球的一個(gè)步驟，在地球形成的時(shí)候，它們已經(jīng)完成了自己的演化，所以說(shuō)，地球并不是直接形成的，也許只有氣體巨行星——木星、土星、天王星和海王星是直接形成的?！?/p>

回望太陽(yáng)系的“黎明時(shí)代”

“黎明”號(hào)對(duì)于灶神星的研究持續(xù)了一年多。2012年9月，“黎明”號(hào)離開(kāi)灶神星，向它的第二個(gè)目標(biāo)谷神星進(jìn)發(fā)，這是一個(gè)創(chuàng)造歷史的重要時(shí)刻。在科幻小說(shuō)中，宇宙飛船環(huán)繞一個(gè)星球，再離開(kāi)這個(gè)星球飛往第二個(gè)星球，并進(jìn)入那個(gè)星球的環(huán)繞軌道，這并不稀奇。但在現(xiàn)實(shí)世界，這樣的事在“黎明”號(hào)之前從未發(fā)生過(guò)，“黎明”號(hào)是第一艘實(shí)現(xiàn)了這種飛行的航天器，所以它才是真正的“星際飛船”，而它之所以能夠這樣做也是因?yàn)橛须x子引擎。

對(duì)于“黎明”號(hào)來(lái)說(shuō)，谷神星顯然比灶神星更加“吸引眼球”，它比灶神星大，還很潮濕，很像木星和土星的冰質(zhì)衛(wèi)星，例如木衛(wèi)二和土衛(wèi)二等。在“黎明”號(hào)到來(lái)以前，天文學(xué)家只能通過(guò)谷神星和火星之間的引力關(guān)系了解它的質(zhì)量和密度。人們猜測(cè)谷神星的內(nèi)部可能有一個(gè)由硅酸鹽巖石組成的核，核的外面是冰和水。谷神星的半徑接近500千米，其中含水層的厚度可能達(dá)到了100千米。

在地球上，科學(xué)家們并沒(méi)有找到和谷神星相關(guān)聯(lián)的隕石，所以谷神星表面的物質(zhì)組成還是一個(gè)未知數(shù)。它有分層結(jié)構(gòu)和很多水，它的極區(qū)可能為冰所覆蓋則是人們可以推測(cè)的狀況，這意味著谷神星有可能存在生命?？茖W(xué)家們將不會(huì)讓“黎明”號(hào)過(guò)于靠近谷神星，它們之間至少要保持大約680千米的距離，這是為了避免“黎明”號(hào)用地球上的微生物污染了谷神星。

然而，“黎明”號(hào)還是在盡可能的范圍內(nèi)靠近了谷神星，并成功進(jìn)入了環(huán)繞軌道，在此過(guò)程中，“黎明”號(hào)向地球發(fā)回了一些照片。和灶神星相比，谷神星很平坦，隕石坑也較少，人們還發(fā)現(xiàn)了白色的亮斑，它們是什么？是冰火山？水蒸氣的噴泉？還是其他尚不為人所知的神秘之物？

美國(guó)宇航局稱，5月3日和4日，“黎明”號(hào)從距谷神星1.36萬(wàn)千米處拍攝的照片顯示，位于谷神星北半球的兩個(gè)亮斑實(shí)際上是由多個(gè)更小的亮點(diǎn)組成。初步得出的結(jié)論是：這些斑點(diǎn)的高亮度是由谷神星表面高反射性物質(zhì)反射太陽(yáng)光造成的，而這種高反射性物質(zhì)很可能是冰。

目前，“黎明”號(hào)正在一步步地展示谷神星的真實(shí)面目，揭示谷神星更多的秘密?？茖W(xué)家們認(rèn)為，灶神星和谷神星代表了兩種完全不同的特質(zhì)，它們是兩卷記錄了早期太陽(yáng)系“黎明時(shí)代”的珍貴史冊(cè)，而“黎明”號(hào)的使命就是去讀懂這兩卷史冊(cè)，并最終昭示太陽(yáng)系起源的秘密。人們期待“黎明”號(hào)的曠世之旅獲得圓滿成功。

【責(zé)任編輯】龐 云