天問二號探測器是我國行星探測任務的第二個星際探測器,整個任務周期很長,從發射升空到任務結束,差不多需要10年時間,是我國航天史上時間最長的一次任務。
天問二號的目標之一是小行星2016HO3,按照計劃,天問二號探測器在抵達這一顆小行星附近后,就會對其進行伴飛,在這個過程中會對小行星進行探測,然后在合適的時機從小行星采集樣品,并將樣品帶回地球。在完成樣品返回地球后,天問二號探測器還將變軌飛到更遠的主帶彗星311P開展科學探測。
現在天問二號小行星探測器已在軌運行超過1個月時間了,它與地球距離也超過了1200萬公里。在飛行過程中,天問二號探測器不斷傳回各種數據以及照片,國家航天局現在公布了天問二號探測器拍攝的地月影像圖,基于天問二號探測器配置的窄視場導航敏感器成像。
這次官方公布的照片是天問二號探測器在距離地球大約59萬公里的宇宙深處拍攝到的地球畫面,以及距離月球大約59萬公里遠的月球照片。這些照片在傳回到地面以后,科學家對其進行了處理。
這不是我國星際探測器第一次拍攝地球、月球的照片了。在2020年7月,我國發射了天問一號火星探測器,當天問一號探測器飛到距離地球大約120萬公里的宇宙深處時,它回眸看了一眼地球家園,順便拍下了地球、月球的照片。
由于當時天問一號探測器與地球的距離實在是太遙遠了,所以地球、月球看起來很小,地球差不多相當于指甲蓋那么大,而月球就更小了。而且,當時天問一號探測器剛剛好處于地球與月亮都在夜晚的一側,這一側的地表、月表還有一部分處于明亮的白天,所以地球、月球看起來就像彎彎的月牙那樣。
相比之下,這次官方公布的天問二號探測器拍攝的地球、月球的照片的細節相對來說就更多一些,因為拍攝這組照片時天問二號探測器與地球、月球的距離都大約是59萬公里。
畫面還原真實宇宙景象
不管是之前的天問一號探測器,還是現在的天問二號探測器,它們拍攝的地球、月球照片中,除了地球、月球反射太陽光顯得很明亮外,畫面中其他區域都是黑不溜秋的,深不見底的那種黑。
這其實就是真實的宇宙景象。不僅是我國的探測器,日本的“韌性”號月球著陸器在2月份拍攝的地球、月球照片中,地球、月球也是格外顯眼,除了地球、月球外的區域都是黑不溜秋的。
美國還公布了很多宇宙的照片,有一些照片中的宇宙景象和我們現在看到的畫面截然不同。例如美國公布的哈勃望遠鏡傳回的照片是五顏六色的,非常漂亮,并不是一片漆黑。這是怎么回事?哪個才是真實的宇宙景象?
我們的天問一號、天問二號、日本的“韌性”號月球著陸器拍攝的畫面其實是真實的,是相機直接拍攝的宇宙照片。而這些相機功能相對來說比較單一,拍攝的畫面是很有限的,有一些景象沒法拍攝到。
因為除了可見光外,還有不可見光,也就是說有一些“光”是我們肉眼沒法直接看到的。我們最常說的不可見光就是紅外線、紫外線、X射線了,如果沒有借助特殊的設備,我們看不到它們,但在特殊的設備下,這些不可見光就會暴露出來。
哈勃望遠鏡這些天文望遠鏡的功能遠比一般的望遠鏡、相機大得多,它們不僅可以記錄那些肉眼可見的可見光景象,還能記錄那些我們肉眼看不到的不可見光景。當然,這些望遠鏡記錄了這些不可見光的景象以后,我們也是沒法直接看得懂的。
科學家在拿到望遠鏡的數據、畫面后,需要對其進行處理,其中一個工作就是對其進行“偽色”處理,簡單地說,就是使用不同的顏色來代表不同頻率的信號,這些肉眼不可見的信號就會以照片的形式呈現出來了,讓我們可以一目了然地看到這些信號在宇宙中的分布情況,讓那些看起來“雜亂無章”的信號變得直觀。
當然,這些信號進行“偽色”處理以后,并不是說那些不同頻率的信號就是這樣的顏色,而是科學家采用了處理手段讓這些不可見光的景象“可視化”。這其實也算是真實的宇宙景象,只是通過特殊的方式呈現出來。如果不這樣進行處理的話,我們一般人還真的看不懂不可見光景象的宇宙到底是怎么樣的。
如果大家想說NASA騙了我們其實也是可以的,因為在進行“偽色”處理本身也是有一定的主觀性,因為是科學家采用不同顏色去表示不同頻率的信號。當然,也可以認為這不算是騙了我們,畢竟這些不可見光景象是沒法直接呈現的,需要進行處理才能更加直觀。
返航需經受近3000℃灼燒
天問二號探測器發射升空已經一個多月時間,預計在2027年底,天問二號探測器才會帶著小行星樣品返回地球。在接下來的兩三年時間內,天問二號探測器會繼續飛向小行星,然后對其伴飛、采樣,再返回地球。
和月球取樣返回地球任務不同,天問二號探測器的采樣過程相對來說可能會復雜一些。科學家為天問二號探測器設計了懸停、觸碰、附著3種采樣方式。在采樣過程中,如果發現小行星表面屬于“砂石堆”型松散結構,探測器將會采用“觸碰”方式進行采樣。
而如果小行星表面是堅硬表面的風化層顆粒,探測器就會采用“懸停”的方式進行采樣。如果條件允許的話,天問二號探測器將會嘗試“附著”采樣,最后的“附著”采樣方式可以讓探測器采集到更多樣品。每一種方式都具有獨特性,不同的方式挑戰性也會不同,附著采樣的方式可能會更難一些。
而在完成樣品采集任務后,探測器的任務還不算完成,因為還需要將樣品安全送回地球。這本身也是一個巨大的挑戰。因為探測器飛行速度相當快,它將以12公里每秒的速度重返地球,這比之前的嫦娥五號、嫦娥六號返回地球的速度更快,已經超過了地球第二宇宙速度(也稱逃逸速度,大約為11.2公里每秒)。
這是我國探測器第一次以超過11.2公里每秒的第二宇宙速度返回地球的任務,這本身就存在很大的挑戰性,而且探測器將會采用彈道式再入大氣層的方式重返地球。由于速度比之前的嫦娥五號、嫦娥六號返回器的速度更快,所以再入大氣層的時候,氣動加熱效應會更加強烈,探測器外部的溫度會更高。
像之前美國的獵戶座飛船在完成環繞月球飛行任務返回地球時,它的速度接近地球第二宇宙速度11.2公里每秒,外部溫度就已經接近3000℃了,當天問二號探測器返回器以12公里每秒的速度再入地球大氣層時,溫度也會接近3000℃。這對探測器返回器的防熱、隔熱、結構強度以及氣動過程的穩定性等設計提出了更高的要求,挑戰性遠比以往的任務更大。
雖然返回地球過程中會經受接近3000℃高溫灼燒,但這個問題不大。因為此前我們的嫦娥五號、嫦娥六號探測器也曾經以接近地球第二宇宙速度的極速重返地球,在這方面的技術我們已經很成熟了。
而在天問二號任務中,科學家為天問二號探測器返回器設計了“球錐大底+單錐后體”構型,當探測器返回器以12公里每秒的速度重返地球時,能夠經受極高溫度的灼燒,也能夠確保探測器的飛行穩定性。
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