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水星，是最靠近太陽(yáng)的一顆行星，平均距離太陽(yáng)為5790萬(wàn)千米；也是太陽(yáng)系最小的一顆行星，半徑為2440千米，質(zhì)量只有地球約5%，約3.3*10^23千克；由于靠近太陽(yáng)，環(huán)繞太陽(yáng)速度很快，一年只有約88天（地球日，后同），但自轉(zhuǎn)很慢，一天相當(dāng)?shù)厍?8.65天，在那里只要一天多點(diǎn)就是一年。

人類迄今為止已經(jīng)發(fā)射了120余艘行星與行星際探測(cè)器，到過(guò)水星的只有兩艘，即老美的水星10號(hào)和信使號(hào)。水星10號(hào)是1973年發(fā)射，信使號(hào)2004年發(fā)射，而且只有信使號(hào)是專門探測(cè)水星的。

就在前兩天，BepiColombo號(hào)探測(cè)器傳回了一張水星照片，這是人類專門探測(cè)水星的第二艘探測(cè)器第二次光臨水星拍回的照片，這艘探測(cè)器是繼信使號(hào)之后，時(shí)隔14年，于2018年發(fā)射的，現(xiàn)在正在進(jìn)入水星軌道的征途上。

現(xiàn)在我們來(lái)了解一下BepiColombo探測(cè)器/

BepiColombo（貝皮·科隆博）是意大利科學(xué)家朱塞佩·科倫坡的昵稱，他因首次提出利用行星引力彈弓效應(yīng)而聞名，這艘水星探測(cè)器就是為了紀(jì)念他而用他的昵稱命名的。這次任務(wù)從上世紀(jì)90年代就啟動(dòng)了，歷經(jīng)21年的研制，斥資18億美元打造的水星探測(cè)器，于2018年10月28日在法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心發(fā)射升空。

BepiColombo探測(cè)器實(shí)際上是兩個(gè)粘連在一起的探測(cè)器，其中一個(gè)隸屬于歐空局，為“水星行星軌道飛行器MPO”；一個(gè)隸屬于日本宇航局，為“水星磁層軌道飛行器MMO”。在飛往水星途中，它們結(jié)伴而行，共同應(yīng)對(duì)征途的引力效應(yīng)，到達(dá)水星軌道后，它們就會(huì)分手各自為政，在不同軌道高度開(kāi)展對(duì)水星不同項(xiàng)目的考察。

BepiColombo實(shí)際上是三個(gè)模塊組成，到達(dá)水星后會(huì)自動(dòng)拆分，其中MPO主要探測(cè)水星的表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，MMO則主要負(fù)責(zé)探測(cè)水星磁場(chǎng)及其與太陽(yáng)風(fēng)的相互作用，而另一個(gè)模塊是負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)它們到達(dá)目的地的軌道器，叫MTM。

MPO探測(cè)器攜帶的主要設(shè)備儀器為：激光高度計(jì)、意大利彈簧加速度計(jì)、磁力計(jì)、熱能紅外分光計(jì)、伽馬射線和中子分光計(jì)、圖像X射線分光計(jì)、外層大氣探測(cè)紫外分光計(jì)、外層大氣中子發(fā)出和補(bǔ)充量研究設(shè)備、分光計(jì)繪圖儀、太陽(yáng)強(qiáng)度X射線分光計(jì)等等。

MMO探測(cè)器攜帶的主要設(shè)備儀器有：磁力計(jì)、等離子粒子實(shí)驗(yàn)設(shè)備、鈉大氣光譜繪圖儀、塵埃監(jiān)視器等。

這組探測(cè)器將在2025年正式進(jìn)入水星軌道開(kāi)展任務(wù)，屆時(shí)MPO會(huì)在400*1500千米的橢圓軌道運(yùn)行，MMO會(huì)在400*12000千米的橢圓軌道運(yùn)行，而MTM將兩位“乘客”送到軌道后，就完成了自己的任務(wù)，或漂流或墜毀就看管控工程師們的意向了。

那么，為什么2018年發(fā)射的探測(cè)器，要到2025年才能進(jìn)入水星環(huán)繞軌道呢？而且2021年10月1日就傳回了第一張照片，前兩天又發(fā)回了第二張照片，且是距離水星最近時(shí)只有200千米，為啥還沒(méi)有進(jìn)入水星環(huán)繞軌道呢？

探測(cè)器如何才能到達(dá)水星/

這些年來(lái)，大家的目光更多地集中在太陽(yáng)系外圍行星，如火星、木星、土星、天王星、海王星等，探測(cè)這些天體的航天器背離太陽(yáng)飛去，由于太陽(yáng)引力拉拽就會(huì)越來(lái)越慢，因此要不斷加速，才能飛得更快更遠(yuǎn)。

BepiColombo探測(cè)器離開(kāi)地球時(shí)最后一瞥

而任何探測(cè)器都不可能攜帶很多燃料，無(wú)法依靠燃料來(lái)提速。因此科學(xué)家們巧妙地利用行星引力彈弓效應(yīng)，從一定角度駛過(guò)大行星時(shí)，就會(huì)給探測(cè)器提速。上世紀(jì)的旅行者1號(hào)、2號(hào)，本世紀(jì)的新地平線號(hào)都是這樣達(dá)到飛出太陽(yáng)系的速度的。

可能有人認(rèn)為，前往水星的探測(cè)器不會(huì)被太陽(yáng)引力拉慢，會(huì)更容易到達(dá)目的地。其實(shí)不然，飛往地球內(nèi)側(cè)的行星探測(cè)器更難，因?yàn)闀?huì)被太陽(yáng)引力拉拽得越來(lái)越快，剎不住車就無(wú)法在行星引力范圍駐留，“嗖”的飛掠過(guò)去一去不復(fù)返了，或圍繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，或撞進(jìn)太陽(yáng)燒毀。

水星是一顆質(zhì)量很小的行星，因此引力很小，在距水星表面400~500千米高度的環(huán)繞速度只需要不到3km/s；而發(fā)射時(shí)要離開(kāi)地球引力飛往其他行星，速度至少要達(dá)到第二宇宙速度，也就是11.2km/s。一旦飛出地球引力圈，又會(huì)被太陽(yáng)引力拉拽得越來(lái)越快，到達(dá)水星要達(dá)到環(huán)繞速度就必須不斷地“剎車”。

BepiColombo掠過(guò)金星時(shí)拍攝的照片

而探測(cè)器如若要自行剎車就需要大量燃料反推，要帶這么多燃料是不可能的，怎么辦呢？還是利用行星的引力彈弓效應(yīng)，幫助剎車。可能有人以為引力彈弓效應(yīng)只能提速，怎么又可以剎車呢？

行星引力就是這么奇妙，既可以提速，也可以剎車，只是要精準(zhǔn)掌握與行星交匯時(shí)切入角而已。不同角度切入，既可以提速，也可以“剎車”。而意大利科學(xué)家朱塞佩·科倫坡首次推出利用引力彈弓效應(yīng)，就是1974年應(yīng)用在首次前往水星的水手10號(hào)探測(cè)器。

這次以他昵稱命名的水星探測(cè)器，進(jìn)入水星軌道前要利用引力彈弓效應(yīng)“剎車”9次，提供“剎車”的行星為：地球1次、金星2次、水星6次。實(shí)際上，這艘水星探測(cè)器去年的10月1日第一次到達(dá)水星時(shí)，已經(jīng)是第三次剎車過(guò)程。就是離開(kāi)地球時(shí)利用地球引力剎了第一次，路過(guò)金星時(shí)又利用金星剎了第二次，到達(dá)水星后又剎了第三次。

隨后，探測(cè)器又返回了金星，利用金星引力又剎了一次，這樣地球的1次和金星的2次剎車任務(wù)就完成了，現(xiàn)在到達(dá)水星已經(jīng)是第五次剎車了。這之后就不再回到金星去了，而是圍繞著水星，兜著橢圓形大圈子，利用水星引力再剎四次車。

從整個(gè)飛行軌跡看，BepiColombo實(shí)際上是圍繞著太陽(yáng)兜著逐步縮小的螺旋形大圈子，這個(gè)圈子要兜7.2年，飛行總里程達(dá)到90億千米，最遠(yuǎn)時(shí)距離地球2.4億千米，最高飛行速度可達(dá)60km/s。

上面動(dòng)圖就是BepiColombo水星探測(cè)器飛行軌跡示意圖：粉紅代表BepiColombo探測(cè)器飛行軌跡，藍(lán)色代表地球軌道，淺藍(lán)代表金星軌道，綠色代表水星軌道，黃點(diǎn)代表太陽(yáng)。

因此，要到達(dá)水星難度有多大可見(jiàn)一斑。這么一折騰，計(jì)劃順利的話，BepiColombo會(huì)在2025年12月5日才能正式入軌，2026年才能正式開(kāi)展探索。

水星探索的意義/

水星幾乎沒(méi)有大氣，在太陽(yáng)近距離的炙烤下，向陽(yáng)一面溫度最高達(dá)到429℃，背陽(yáng)一面溫度最低為-190℃。這也是水星探測(cè)的一個(gè)難點(diǎn)，探測(cè)器必須經(jīng)受數(shù)百攝氏度高溫的考驗(yàn)。

水星的表面有點(diǎn)像月球，布滿了隕石坑，且冷熱兩重天，是一個(gè)早已干枯死去的星球，似乎對(duì)人類沒(méi)有什么價(jià)值。但經(jīng)過(guò)地面望遠(yuǎn)鏡和探測(cè)器的探測(cè)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這顆最小的行星并不簡(jiǎn)單，有著許多未解之謎。

首先，水手10號(hào)偵測(cè)到水星磁場(chǎng)，而且這個(gè)磁場(chǎng)像地球磁場(chǎng)一樣，讓太陽(yáng)風(fēng)發(fā)生偏離。地球磁場(chǎng)是由于擁有液態(tài)核心與地幔地殼的轉(zhuǎn)速不一樣而形成的，水星一個(gè)曾被認(rèn)為死亡的行星為啥會(huì)有磁場(chǎng)存在呢？

第二，信使號(hào)探測(cè)器數(shù)據(jù)表明，水星兩極地區(qū)隕石坑中，存在大量水冰，這些水冰重量在萬(wàn)億噸之多，這些水冰從哪里來(lái)？

第三，水星密度高達(dá)5.427g/cm^3，在太陽(yáng)系僅次于地球。研究認(rèn)為，水星的核心占體積的42%，且占據(jù)了總質(zhì)量的60%，因此核心是一個(gè)巨大的鐵核，鐵的含量高達(dá)2萬(wàn)億億噸，足夠人類開(kāi)采2400億年。

還有水星表面有一些物質(zhì)和氣體從內(nèi)部溢出，導(dǎo)致表面形成一些奇怪的洞穴，難道水星還有地質(zhì)活動(dòng)，沒(méi)死？水星表面本來(lái)和月球差不多，但在太陽(yáng)照射下看起來(lái)是黑乎乎的，反照率只有0.088，只是月球反照率0.136的八分之一，這又是什么原因？

總之，在太陽(yáng)系八大行星中，尤其是在靠近地球的五大行星中，水星是人類了解最少的，這次發(fā)射的BepiColombo探測(cè)器，是比以往任何一次都要全面覆蓋的考察水星，由此弄清水星的構(gòu)造，或許對(duì)人類未來(lái)意義很大。

為了讓人類免遭滅頂之災(zāi)，人類移民到外星的呼聲越來(lái)越高，火星成為了第一候選地。鋼鐵俠馬斯克巨型星艦的開(kāi)發(fā)成功，以及他一系列圍繞著火星進(jìn)行的研究和開(kāi)發(fā)，讓人類移民火星的夢(mèng)想越來(lái)越逼近現(xiàn)實(shí)。

那么，在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)間里，人類真的只有移民火星一條路嗎？有些科學(xué)家認(rèn)為并非如此，移民水星或許也是一種選擇。

因?yàn)樗且灿幸粔K風(fēng)水寶地，就是在極地附近，那里陽(yáng)光充足，能源完全沒(méi)有問(wèn)題；且水資源豐富，溫度常年恒定。只要找到這塊風(fēng)水寶地，通過(guò)適當(dāng)?shù)娜祟惢顒?dòng)，就會(huì)讓那里的環(huán)境越來(lái)越宜居。

真的如此嗎？當(dāng)然這只是一種觀點(diǎn)，存在爭(zhēng)議。正因?yàn)槿绱耍剿魉蔷陀辛烁匾囊饬x。通過(guò)這艘探測(cè)器數(shù)年辛勤工作，相信會(huì)進(jìn)一步揭開(kāi)這顆距離太陽(yáng)最近行星的許多秘密，從而為人類未來(lái)走向提供更多更有價(jià)值的參考依據(jù)。

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