“黎明”號的探秘之旅

張唯誠

一般來說，航天器要到達它的目的地時是一個緊張的時刻，這時太空船要點燃推進器減速，然后小心翼翼地進入軌道。對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，因為速度稍稍過快，那航天器就不是進入軌道，而是“飛掠”而過了。

2015年3月是小行星探測器“黎明”號抵達谷神星的關鍵時刻，但科學家一點兒也不緊張，因為“黎明”號裝有離子引擎。這種引擎通過電子轟擊氣態原子產生離子，離子經電壓加速，形成高速噴射離子流，從而推動航天器前進。科學家為“黎明”號設計了一條漸漸靠近谷神星的路徑：開始和谷神星以“并駕齊驅”的方式環繞太陽運行，在此過程中一點點地接近谷神星，最后不知不覺地被谷神星的引力所捕獲，從而成為一顆環繞谷神星運行的“人造衛星”。

小行星帶中的秘密

谷神星的發現有一段曲折的經歷，它的存在最初是由德國天文學家開普勒推測出的。開普勒認為，在火星和木星的軌道之間應該有一顆行星。德國天文學家提丟斯也認為，行星與太陽之間的距離存在著一種規律，按照這個規律，火星和木星之間的確應該有一顆行星。1801年的第一天，意大利天文學家朱塞普·皮亞齊用望遠鏡觀測那個區域時果然發現有一顆移動的星，他斷定那就是一顆行星，然而幾個星期后那顆星又消失了，皮亞齊只獲得了幾個觀測數據。根據這些數據，德國數學家高斯算出了那顆星的軌道。另一位德國天文學家奧伯斯則用望遠鏡重新把它找了回來。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現了智神星、婚神星和灶神星。這些星的個頭都不大，因此被歸為小行星。后來人們又將谷神星從小行星中劃分出來，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現了越來越多的巖石狀小天體，天文學家意識到那里是一個小行星的密集區域，于是就稱那個地方為小行星帶。那里的天體沒能長成大行星，它們只能作為小行星而存在，所以說，那些小行星其實是大行星的“半成品”。如此看來，小行星帶便是一個保留了早期太陽系信息的絕好場所，探測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，從而揭示太陽系起源的秘密，這就是“黎明”號所肩負的使命。

灶神星的過去

“黎明”號起程于2007年9月27日，它的行程長達50億千米，耗時8年，它的第一站是灶神星。

2011年6月，“黎明”號抵達了灶神星。它拍攝的照片顯示，灶神星上地勢險峻，地表特征呈多樣性，有高山、峽谷和凹槽，它的自轉也非常快，自轉一周為5.3小時。

早在1997年，哈勃太空望遠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“黎明”號靠近了灶神星時，人們對隕石坑的印象變得更加清晰了。科學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20千米，是太陽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，它就會因重力而下沉，高度會降低許多。

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，另一次撞擊發生得更早，它產生的隕石坑名叫“維納尼亞”，直徑為400千米，后來被“雷亞希爾維亞”抹去了一大半。這兩次撞擊雖然沒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。

根據科學家的分析，“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鏟到了太空中，大部分變成了小行星。幾千萬年后，這些小行星中的一些又落到了地球上。地球上的隕石有6%都來自灶神星，來自于那次造成了“雷亞希爾維亞”隕石坑的驚天一撞。

破解巖石行星形成之謎

來自灶神星的隕石為科學家們帶來了灶神星內部的信息。20世紀70年代，人們在研究灶神星隕石時，通過分析其中的化學物質證明了一種推測，那就是灶神星并不是一顆只具有單一結構的星體，它的內部有分層結構。人們發現，灶神星的巖石熔化過，假若是這樣，星球冷卻后就會產生分層結構，它可能很像地球，有一層殼、幔，甚至有一個核。

灶神星這么小，通常難以產生很高的溫度和壓力去熔化它的巖石。也就是說，灶神星中的鐵不會沉到星球的中心形成核，較輕的物質也不會浮在上面形成殼，這樣也就不會有分層結構了。然而，科學家們卻在來自灶神星的物質中發現了輝石，它們一般只在熔巖中存在；科學家們也沒有在灶神星的隕石中找到鐵，這表明灶神星的表面沒有鐵，它們和表面物質分離后沉到了星球的內部，所以灶神星應該擁有一個鐵核。

通過測量“黎明”號和灶神星之間的引力，科學家能夠確定灶神星的密度，其誤差不會超過1%。知道了密度，科學家就能得到一個有關灶神星鐵核的數據。他們發現，灶神星鐵核的半徑大約為110千米，這和人們對灶神星含鐵量的估計也是吻合的。

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

灶神星原本有很多“同伴”，但那些“同伴”中的絕大多數都在大約40億年前成了像地球這樣的巖石大行星的一部分。現在，通過“黎明”號獲得的大量數據，科學家終于能夠知道這些形成大行星的原始材料在太陽系的形成過程中扮演過怎樣的角色了。

原來，地球和其他類似地球的巖石行星的形成是太陽系整個演化過程中的“第二步”。從某種意義上說，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，而那些天體則已經經歷了“第一步”的演化歷程，具備了行星的一些基本特質，它們有了核和其他分層結構，它們就是像灶神星這樣的原行星，所以灶神星只是一個被遺留下來的“幸存者”，是太陽系原始材料和復雜行星之間的“連接點”。“黎明”號任務的負責人克里斯·拉塞爾說：“地球并沒有創造自己的鐵核，它的核事先已在原行星中經過了預處理。我們可以把灶神星這樣的原行星想象成通往地球的一個步驟，在地球形成的時候，它們已經完成了自己的演化，所以說，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。”

回望太陽系的“黎明時代”

“黎明”號對于灶神星的研究持續了一年多。2012年9月，“黎明”號離開灶神星，向它的第二個目標谷神星進發，這是一個創造歷史的重要時刻。在科幻小說中，宇宙飛船環繞一個星球，再離開這個星球飛往第二個星球，并進入那個星球的環繞軌道，這并不稀奇。但在現實世界，這樣的事在“黎明”號之前從未發生過，“黎明”號是第一艘實現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為有離子引擎。

對于“黎明”號來說，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衛星，例如木衛二和土衛二等。在“黎明”號到來以前，天文學家只能通過谷神星和火星之間的引力關系了解它的質量和密度。人們猜測谷神星的內部可能有一個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到了100千米。

在地球上，科學家們并沒有找到和谷神星相關聯的隕石，所以谷神星表面的物質組成還是一個未知數。它有分層結構和很多水，它的極區可能為冰所覆蓋則是人們可以推測的狀況，這意味著谷神星有可能存在生命。科學家們將不會讓“黎明”號過于靠近谷神星，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”號用地球上的微生物污染了谷神星。

然而，“黎明”號還是在盡可能的范圍內靠近了谷神星，并成功進入了環繞軌道，在此過程中，“黎明”號向地球發回了一些照片。和灶神星相比，谷神星很平坦，隕石坑也較少，人們還發現了白色的亮斑，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？

美國宇航局稱，5月3日和4日，“黎明”號從距谷神星1.36萬千米處拍攝的照片顯示，位于谷神星北半球的兩個亮斑實際上是由多個更小的亮點組成。初步得出的結論是：這些斑點的高亮度是由谷神星表面高反射性物質反射太陽光造成的，而這種高反射性物質很可能是冰。

目前，“黎明”號正在一步步地展示谷神星的真實面目，揭示谷神星更多的秘密。科學家們認為，灶神星和谷神星代表了兩種完全不同的特質，它們是兩卷記錄了早期太陽系“黎明時代”的珍貴史冊，而“黎明”號的使命就是去讀懂這兩卷史冊，并最終昭示太陽系起源的秘密。人們期待“黎明”號的曠世之旅獲得圓滿成功。

【責任編輯】龐 云