对小行星和彗星的探测
第九节 对小行星和彗星的探测
航天技术的发展，使人类插上了强有力的翅膀，在宇宙中任意翱翔，不仅能到月球和行星上去“串门”，还可以走近小行星、彗星“观光”。
研究小行星对了解太阳系的形成和演化有特殊意义，其中可能有太阳系形成过程中残留下来的原始物质。美国于1996年2月17日发射了一个叫“尼尔”(NEAR)的探测器，它分别于1999年和2000年接近一颗叫“爱神”的433号小行星，然后绕“爱神”的轨道运行10个月，最后着陆取样。
彗星是太阳系中一种质量微小的天体，它沿着一定轨道围绕太阳公转。绝大多数彗星远离太阳，少数彗星周期性地飞近太阳。在接近太阳时，彗星结构分为彗头和彗尾，彗头外层是彗发，中间是彗核，有的彗星在彗头外边还有一层彗云，它又叫彗冕。
天文学家认为，彗星是自太阳系形成以来早期的遗迹，几十亿年内不受太阳热和引力分解的影响，很少有变化。有一些彗星上可能有外来的有机成分，而数百万个有机分子集合在一起就形成聚合物，变为形成生命所必需的蛋白质、脱氧核糖核酸和核糖核酸分子螺旋体。因此探测彗星，能说明地球上生命的起源。此外，彗星撞击地球会引起灾变，地球上的水也可能来自彗星，探测彗星有助于揭开这些长期令人困惑不解的谜。探测彗星的本质及其组成成分，还可了解太阳风的物理性质和化学成分。
人类首次发射的、成功进入小行星轨道的尼尔探测器
1978年8月美国发射1颗叫作国际日地探险者3号的卫星。其原定任务是观测太阳风，但当它在太空运行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—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。因此后来将这个探测器改名为国际彗星探险者。
1994年7月16日至22日发生了苏梅克—利维彗星撞击木星事件，世界上有许多探测器，如国际紫外线探测器、国际红外探测器和克莱门汀号探测器以及哈勃空间望远镜和伽利略号木星探测器等，都参与了该事件的探测活动。1996年3月哈勃空间望远镜探测了百武彗星。1997 年3月和4月，克莱门汀号探测器对海尔—波普彗星回归进行了探测。1999年2月7日发射的星尘号彗星探测器，将于2004年飞抵维尔特2号彗星收集星际尘埃并带回地球，并将第一次从近处看到太阳系中可能存在的原始组成材料。
世界上规模最大、影响最大的彗星探测，是在1986年3月对著名的“哈雷”彗星回归所进行的探测活动。从1984～1986年，全世界先后专门发射了5个哈雷彗星探测器，其中有前苏联的维加1号和2号、欧空局的乔托号、日本的先驱号和彗星号，它们都取得了很好的探测成果。
哈雷彗星
前苏联1984年12月15日发射的维加1号探测器，率先于1986年3月6日飞到距“哈雷”彗核8900千米处的地方，首次拍摄到“哈雷”彗核的清晰照片，发现彗核是由冰雪和尘埃粒子构成的“肮脏雪球”。“哈雷”彗核接近太阳时，其中的冰升华为水蒸气，与尘埃一起形成壮观的彗发。
1984年12月21日发射的维加2号探测器，于1986年3月9日从距“哈雷”彗核8200千米处拍摄到了更为清晰的照片，发现彗核形状如同花生壳，它长约11千米，宽约4千米。维加1号和2号还首次发现“哈雷”彗核中有二氧化碳，并找到了简单的有机分子。这两个彗星探测器测得了彗核表面温度，过去猜测它大约是－50℃，但实际上要比这高出100℃。
1985年7月2日欧空局发射的乔托号探测器，高2.85米，直径1.86米，重960千克。它于1986年3月14日在距地球1.5亿千米处与“哈雷”彗星会合，并根据维加号探测器提供的数据，飞到与“哈雷”彗核相距500千米的地方，拍摄到“哈雷”彗核的第一张照片。在近4小时的近距离飞行中，乔托号每秒拍摄一张彩色照片，最终共拍摄到1480张哈雷彗星照片，收集并发回哈雷彗星的大量宝贵资料。在这次探测中，乔托号遭到彗星尘埃的袭击，在68千米/秒的穿梭飞行中，通信中断25分钟，摄像机镜头被撞坏。在最后2分钟时，甚至遭到120 次/秒的冲击，但幸好仍有50%的仪器能正常工作。
乔托号拍摄到的照片显示，哈雷彗星有一个明亮的白色内核，周围被代表不同尘埃和离子层的绿色、紫色和红色环状物所环绕。彗核的实际尺寸为15×8千米，外形凹凸不平，有两条正在喷射气体和尘埃的喷气流。彗头像一块五彩斑斓的地毯，彗核犹如一个被扭曲的“烧焦的马铃薯”，表面覆盖着一层黑色天鹅绒一样柔软光滑的尘埃。
日本于1985年1月8日发射了先驱号探测器。1986年3月11日它从距哈雷彗核700千米的地方飞过，发现彗核周围发出很强的射电波，这种射电波是太阳风和彗发的离子碰撞所形成的冲击波。1985年8月15日，日本又发射了彗星号探测器，它于1986年3月8日从距哈雷彗核1.2亿千米外拍摄到彗星的氢冕照片，观测到彗发周围直径达1000万千米以上的氢冕，彗发中的氢原子因散射太阳光中的紫外线而发亮。同时，彗星号还探测到“哈雷”彗发的气体由于紫外线的照射而变化，并沿太阳风运动的磁力线流去，形成离子彗尾。
此外，美国利用国际日地探险者3号卫星改变轨道，在“哈雷”彗星回归时从3000米以外对“哈雷”彗星的尘埃进行了探测，并观测了太阳风在彗星表面引起的变化。
美国“星尘号”探测器携带彗星样本返回地球
在彗星探测器中，大都装有摄像机、中子分析仪和离子质量分析仪等探测设备，用以探测彗尾中的等离子体密度、温度和重离子特性等。它还装有变轨发动机，用以改变探测器的轨道，以便拦截彗尾，达到直接探测慧尾的目的。
美国于1999年2月8日发射“星尘”号慧星探测器，它于2004年1月飞抵“荒野—2”慧星附近，在距它100千米处收集星际尘埃，并携回地面分析。
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彗星和行星能否对地球造成威胁
宇宙中到处都有剧烈活动，地球只是宇宙中一个微不足道的天体，因而地球上以前很可能发生过许多可怕的事情。不过，我们的行星保持适宜生命的环境至少已有35亿年了。因而宇宙并非完全充满敌意。
我们在地球上得以生存的秘密在于空间——巨大无比的空间。我们太阳系只是在茫茫宇宙海洋中的一个极小的活动岛。距太阳最近的一颗恒星远在4光年之外。而在4年的时间内，光将越过37万亿千米的距离。
太阳是我们的星系——银河系中一个典型区域里的一颗典型恒星。银河系约包含1000亿颗恒星，它们的质量从太阳质量的百分之几到太阳质量的100倍。这些恒星，连同许多气体云和尘埃，还有不计其数的彗星、小行星、行星及黑洞一起，缓慢地绕银河系中心旋转。只要考虑到银河系可见部分的尺度达10万光年这一事实，这个巨大的天体集团就不会给人以银河系处处拥挤不堪的印象。银河系的形状像个盘子。中心部分鼓起，几条由恒星和气体组成的旋臂从中心向外伸展。我们的太阳位于一条旋臂之中，离银河系的中心约3万光年。
据目前所知，银河系毫无特殊之处，在仙女座方向上有一个名叫仙女星系的类似星系，它位于距地球约200万光年的远处，它看上去像个模糊的光斑，肉眼勉强可见。点缀在可观测宇宙中的星系有好几十亿个之多，有的呈旋涡状，有的呈椭圆形，也有的很不舰则。它们的距离非常遥远，某些星系发出的光到达我们这里所需要的时间比地球的年龄(40亿年)还要长。
哈雷彗星
这样大的空间意味着宇宙中碰撞是罕见的。对地球的最大威胁可能来自我们自己的家园。小行星的轨道一般不靠近地球，大部分小行星都位于火星和木星之间的一条带上。但是，木星的巨大质量会干扰小行星的轨道运动，偶尔将其中某个小行星推向太阳，从而对地球构成威胁。
另一种威胁来自彗星。人们认为，这些看上去很壮观的天体起源于离太阳约1光年远的一块观测不到的云团。彗星对地球形成的威胁并非源自木星，而是来自过路的恒星。银河系不是静止不动的，这是因为随着恒星绕银河核心做轨道运动，因而银河系呈现缓慢的自转。太阳连同它的行星小伙伴们每2.5亿年绕银河系的中心运动一周，沿途它们会有许多奇遇。附近的恒星或许会掠过彗星云，把一些彗星引向太阳。当彗星穿入内太阳系时，彗星的某些易挥发物为太阳所蒸发，而后又被太阳风吹成长流，形成壮观的彗尾。在非常偶然的情况下，某颗彗星在内太阳系的逗留期内会与地球相撞。这颗彗星造成了对地球的破坏。但是，真正的罪魁祸酋首应是那些过路的恒星。幸运的是，由于恒星间的距离相隔很远，这种恒星间的交会是不多的。能造成全球性严重破坏的彗星撞击事件充其量也不过几百万年发生一次。
其他天体在环绕银河系的中心运转的途中也会穿越我们的轨道。当巨大的气体云缓慢地从附近飘过时，尽管它们比实验室里的真空还要稀薄，但仍会极大地改变太阳风或影响来自太阳的热流。更可怕的也许是潜伏在黑沉沉太空深处的那些天体。游离漂泊的行星、中子星、褐矮星、黑洞，所有这些天体可能会无声无息地向我们突然袭来，造成太阳系的浩劫。
换一种情况，威胁或许更为凶险。有些天文学家认为，我们的太阳可能与银河系里大多数恒星一样，实际上是个双星系统。太阳的这颗伴星——我们称之为复仇女神或死亡之星，可能因为太暗又太远，至今尚未被发现。但是，从引力效应上仍可察觉它的存在。在它绕太阳作缓慢转动的过程中，会周期性地影响那个遥远的彗星云，导致约每3000万年一次的彗星风暴，并进而引发一系列蹂躏地球的碰撞。幸好，太空再次成为我们的保护屏，银河系里的天体密度非常小，因而来自太阳系外的引力扰动极为罕见。
往更远处看，天文学家可以观测到似乎正在碰撞中的两个星系所组成的系统。银河系与另一个星系碰撞的可能性有多大呢?某些快速运动恒星的存在证明，银河系也许已经与附近一些小星系发生过碰撞，受到了扰动。但是，两个星系的碰撞不一定会使其中的个别恒星招致灾难。星系内部恒星分布极其稀疏，星系可以彼此并合，却不发生恒星之间的直接碰撞。