“黎明”号探测器一石二鸟

原标题：“黎明”号探测器一石二鸟

“黎明”号探测谷神星（左）和灶神星示意图

2月12日，“黎明”号在距谷神星约8.3万千米处拍摄的两张谷神星照片，上面有神秘的亮斑点。

士元

3月6日，美国“黎明”号小行星探测器成功进入谷神星轨道进行探测，此前，它曾于2011年进入灶神星轨道进行了探测，从而成为世界上第一个先后环绕两个地外天体飞行的深空探测器，也是有史以来首个造访矮行星并进入其轨道运行的深空探测器。那么，它是怎样做到这一点的呢？

首次一举环绕两个天体

2007年9月27日，美国“黎明”号小行星探测器升空。它此行远赴火星和木星之间的小行星带，分别在2011年和2015年先后探测灶神星和谷神星这两颗人类以前从未尝试接触的著名小行星，因为这两颗小行星不仅是“羊群中的骆驼”，在火星和木星间的小行星带中个头名列前茅，还由于它们与小行星带里的其他天体存在显著差别。

耗资4.66亿美元的“黎明”号于2011年进入灶神星轨道进行探测。完成预定任务后，它于2012年9月5日离开灶神星，奔向谷神星。在2015年3月6日抵达谷神星后，“黎明”号开始了约16个月的探测，最终将于2016年6月结束使命。

目前，深空探测器大都只能进入1个地外天体轨道进行探测，直至寿终正寝，或者像旅行者1号、2号那样以飞越方式走马观花地探测多个地外天体。而美国“黎明”号是世界首个先后进入两个地外天体轨道近距离进行较长时间探测的深空探测器，所以效率很高。小行星带被认为与太阳系诞生初期的历史密切相关，科学家们据此将这一项目命名为“黎明”，即探测太阳系的“黎明”。

其科学目标是：通过观测研究这两颗小行星上的原始信息，来了解太阳系形成之初的状况及过程，同时科学家还希望了解小行星演化过程中水的作用；通过确定小行星上的物质成分，来加深对类地行星形成过程的认识，因为小行星上的物质成分与类地行星起源时的物质成分相似；通过对这两种不同小行星（一颗冷而湿；另一颗热而干）的起源和演化过程进行分析比较，来测定其内部结构的不同和原因。

动力全靠离子推进器

“黎明”号之所以能成为第一个在太阳系中环绕两个分离目标轨道的空间探测器，主要原因是它装有3台氙离子推进器，可将太阳能转化为电能，再通过电能电离惰性气体氙气的原子，产生时速达14.32万千米的离子流，向探测器提供日渐增强的推动力。

它们的工作原理是用电子轰击氙气，释放出离子，离子则被快速喷射到太空中，推动探测器快速飞行。另外，离子推进器还有加速时间长、可取得较大的速度变化和便于控制等优点，因此“黎明”号灵活性更大，发射窗口很长。此前，欧洲“智慧”1号月球探测器、日本“隼鸟”号小行星探测器等，都曾成功使用过推力虽微小、但燃料效率非常高的离子推进系统。

目前，行星际探测器大多使用化学燃料发动机，它在20分钟内消耗300千克的燃料，可获得1000米/秒的速度变化。而“黎明”号上的离子推进器每天只消耗0.25千克氙，可获得10米/秒的速度增量。在最初4天，它的时速将逐渐提高到96千米，1年后时速将升至惊人的8850千米，而届时消耗的燃料只有15加仑，燃料利用效率是传统化学燃料发动机的10倍。

“黎明”号探测器的轨道捕获、轨道转移和从灶神星逃逸，都使用氙离子推进器。此外，“黎明”号还装有12台用于变轨和姿控的小型肼燃料发动机，每台推力为0.9牛。

谷神星探测任务负责人赖曼说，感谢离子推进器，如果使用传统推进器，“黎明”号无法造访两个陌生天体。

灶神星探测已获丰富成果

“黎明”号此行来之不易，曾因经费超支和技术问题几次下马。但在舆论的重压和科学家的不懈努力之下，最终研制成功并发射入轨。

2011年7月15日，在飞行超过2.7×109千米后，“黎明”号进入灶神星轨道，成为首个对火星和木星之间小行星带中的小行星进行探测的空间探测器，并于同年8月11日正式开始了对这颗巨型岩质小行星的探测任务。

直径约530千米的灶神星是“黎明”号此次探测任务的第一站，也是小行星带中的第二大天体。“黎明”号先后在高度从2700千米到120千米不等的几条不同轨道上进行探测，测绘灶神星表面，研究其成分，并探究其地质史。

在一年多的任务中，“黎明”号拍摄了多角度图片，帮助科学家绘制了灶神星地形图并开展相关研究。2012年5月，美国首度公开“黎明”号获得的灶神星初步数据，估计灶神星的金属核心直径为220千米。美国科学家将灶神星视为独一无二的一种小行星，认为它是与岩石行星同时形成的大型小行星残存。从2011至2012年，“黎明”号传回了超过3万张灶神星的图像。

2012年9月，美国发布消息称，“黎明”号发现的证据表明，一些更小的、富含水的小行星曾把它们自己熔入了灶神星的表面。这些水被锁定在水合矿物的内部，直到后来的天体碰撞产生了足够的热量，进而熔化了这些岩石，并将水分以气体的形式挥发掉，最终在小行星表面留下了坑坑洼洼的洞穴。这一发现展示了太阳系内部又一颗具有水循环的天体。

深藏海洋世界？

谷神星奥秘正待揭开

谷神星目前还非常神秘，不像灶神星那样，还可以通过陨石来分析。“黎明”号的探测活动，将揭开该天体的神秘面纱。

太阳系的小行星带是位于火星和木星轨道间的小行星密集区域，天文学家估计，这里有约50万颗种类各异的小行星。不少科学家认为，小行星是处于萌芽期但未得到机会成长起来的“行星婴儿”。灶神星、谷神星、智神星和婚神星被称为小行星带的“四大金刚”。灶神星和谷神星都形成于大约45亿年前，据估计，它们都形成于太阳系早期，并且由于木星的强大引力作用而演化迟缓。

谷神星是这个小行星带中最大的天体，也是小行星带中第一个被发现的天体。其平均直径约为950千米，整体密度较低，被认为含有大量水，相对温暖潮湿，与可能存在生命体的木卫二和土卫二能够相提并论。1801年天文学家发现它后用罗马农业和谷物女神的名字为其命名。它最初被认定为行星，之后被更正为小行星，在2006年被最终认定为矮行星。

一些科学家认为，这颗矮行星的地下深藏着过去的海洋世界，在它的冰冷地幔之下，或许还保留着液态水。它很可能是一个分化型星球，具有岩石内核，地幔层包含大量冰水物质，现探测到星球表面有大量载水矿物质。初步推测水占谷神星体积的40%。有趣的是，科学家宣称发现谷神星有水蒸气喷射物，并可能也存在次表层海洋。

谷神星与灶神星差别很大。灶神星是与地球类似的岩石天体，而谷神星是典型的冰雪天体，这两个极不相同的天体竟可同处一个小行星带上，其原因也是“黎明”号需要揭示的奥秘之一。科学家认为，搜寻小行星带中这两个标志性天体的信息，有助揭开太阳系早期历史的奥秘。

今年以来，由于离谷神星比较近，所以“黎明”号已获得了一些有价值的科学信息。1月13日，“黎明”号在距离谷神星38.3万千米拍摄了一些照片并传回（进入谷神星轨道之前拍摄的照片主要用于校准数据）。通过照片能分辨出谷神星表面阴暗面结构分布，隐约存在着陨坑，并发现有液态水从谷神星表面涌出，平均每秒涌水量达到6千克。其中一张照片上有一个神秘亮斑，它究竟是什么，目前还无法确定，有分析认为这可能是谷神星水冰物质的反射。也有UFO爱好者认为，那里可能是外星人的基地。

现在，科学家们都期待“黎明”号在进入谷神星轨道后传回更多、更清晰的照片和其他数据，从而深入地了解谷神星，解开一些谜团。

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