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叩問宇宙塵埃——“星塵”探測計劃續一 辰光/文

(接續上一期)

一是“王爾德2”彗星很新鮮。在1974年同木星相遇之前,“王爾德2”彗星在寒冷的外太陽系中得到完好儲存。進入新軌道後,“王爾德2”現在距離太陽已近得多了。當一顆彗星靠近太陽足夠近時,它的一些成分會被烤掉而進入星際空間。在經過太陽大約1000次後,彗星就會喪失掉它的大部分揮發性成分,從而不再產生彗發或彗尾。由於“王爾德2”彗星經過太陽只有幾次,所以它仍然保持著自己的大部分塵埃和氣體——這就是說它們是“純正”和“原始”的。到“星塵”探測器與“王爾德2”彗星相遇時,“王爾德2”環繞太陽才5次,而“哈雷”彗星則已經過太陽超過100次。

二是“王爾德2”彗星實可謂“天時地利”——在正確的時間處於恰當的位置。科學家們已找到一條飛行路徑,它允許“星塵”探測器能以每小時“僅”21880千米的相對速度低速飛過“王爾德2”彗星。由於這一“低速”,“星塵”探測器上的收集器才能捕獲彗星塵埃,而不會讓塵埃穿透收集器並從背面逃走。這樣,彗星塵埃方可被帶回地球分析。

如何捕捉彗星“絨毛”

“星塵”探測器將於2004年1月與“王爾德2”彗星相遇,屆時“星塵”和“王爾德2”都將處於火星軌道之外。儘管那時“星塵”和“王爾德2”都將遠離太陽,太陽熱能仍然足以導致粒子從彗核表面被蒸發出來。“星塵”將在距離“王爾德2”不到100千米處飛過。彗星碎片將擊中“星塵”的收集器,擊速可達高能步槍射出子彈速度的6倍。

為捕捉和儲存如此高速的彗星“絨毛”——塵埃樣本,需要使用一種叫“空膠”的獨特材料作為介質。空膠是一種矽質固體,具有多孔的海綿狀結構,其中99%的體積是空的。空膠比玻璃的密度低1000倍,絕緣性卻又比玻璃纖維高39倍。空膠是已知的最輕質固體,因此被認為是能捕獲來自彗星的粒子、同時又不會傷害這些粒子的最好材料。當高速的塵埃粒子擊中空膠,粒子會埋入空膠,並在其中產生一道紅蘿蔔形的痕跡,軌跡長度可達粒子本身長度的200倍。由於空膠是半透明的,因此科學家們能利用這些軌跡來尋覓塵埃粒子。軌跡在進入點處是最大的,粒子則能在“紅蘿蔔”的尖部得到完好無損的收集。

尋找人類的“宇宙之根”

上面已經提到,“星塵”探測器要到2004年才開始攔截“王爾德2”彗星,那麼,在此之前“星塵”只是在宇宙空間漫遊嗎?不,它還有另一項重要的任務——收集星際空間塵埃。

在我們的太陽系中,穿行著一股粒子流,星際塵埃就包含於這股粒子流中。科學家們急於瞭解這些塵埃,以便於從中獲取有關地球、其他行星和生命形成過程的更多資訊。

沒有人知道典型的星際塵埃微粒是何種模樣,但科學家們至少已知道它們同房屋中的微塵或絨毛狀塵埃大不相同。科學家們說,當一片黑暗區域沿著銀河系中心運動時,這些微粒以每秒20千米-25千米的速度飛馳,僅憑肉眼即可觀察到星際塵埃。這些粒子中包含著在恆星中產生的化學元素。由於人體中的每個原子其實都源於星體內部,因此,透過研究星際塵埃粒子,理論上就能找到人類的”宇宙之根”。

前面同樣已提到,“星塵”探測器上配備著裝有空膠的特殊收集器,空膠能俘獲粒子並安全地儲存至探測器返回地球。空膠收集器實際上有兩面。一面用於收集星際塵埃,另一面則用於收集彗星塵埃。地面人員為“星塵”探測器定向,以便控制它的哪一面朝向塵埃流。

自2000年2月22日至5月1日,“星塵”探測器完成了對星際空間塵埃的第一階段收集。當時,“星塵”探測器的定向是讓星際塵埃粒子打在收集器背面。收集過程開始時,探測器的“樣本返回艙”開啟,收集器移出艙。收集完成後,收集器縮回艙中安全儲存。按照計劃,“星塵”探測器將於2002年中期開始進行第二階段星際塵埃收集。

完成所有任務後,”星塵”探測器將於2006年在美國空軍的猶他州測訓場著陸,樣本將立即被交給科學家們作分析。

(全文完)

分類: 科學
時間: 2021-09-19

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