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信使号水星探测器

信使号水星探测器(英文缩写:MESSENGER,英文全写:Mercury Surface,Space Environment,Geochemistry and Ranging,意思是“水星表面,太空环境,地球化学和广泛探索”),是美国继水手10号之后研制的又一个水星探测器,主要为了研究水星表面的化学成分、地理环境、磁场、地质年代、核心的状态及大小、自转轴的运动情况、散逸层及磁场的分布等。

信使号于2004年8月3日6时15分56秒(UTC时间)在卡纳维拉尔角空军基地发射升空的,并于2011年3月18日进入环水星轨道的。2015年5月1日撞击水星表面结束其探测使命。

中文名称信使号英文名称MESSENGER
探测目标水星研制国家美国
发射时间2004年8月3日6时15分56秒发射场卡纳维拉尔角空军基地
运载工具德尔塔2运载火箭进入水星轨道2011年3月18日
结束任务2015年5月1日

任务使命及背景

水星距地球约9100万公里,信使号直接飞到水星只要3个月左右,而为进入水星轨道,信使号要先在太阳系内飞行6年多的时间,其中主要原因在于,为了尽量压缩太空探测项目的开支,美国航空航天局不能把探测器研制得过大、过重。信使号如果要直接进入环水星轨道,需要携带更多燃料,这就意味着需要更大载荷的运载火箭和更高的科研成本。

受发射运载重量的限制,信使号没能携带足够的燃料上天。因而信使号需在太阳系内部先进行数年长途环绕漫游使自身减速。它将在飞经地球一次、飞经金星两次、环绕太阳15圈获得足够引力支持后,在第三次飞过水星时由于引力作用,信使号会先被猛烈甩向金星,然后借助“弹弓效应”,于地球时间2011年3月再次被弹向水星顺势“滑进”水星轨道,开始为期一年的环水星飞行;其间,信使号探测飞船上的7种科研仪器将对水星的表面、空间环境、地质化学及空间距离等进行全面探测,收集相关数据。

这次信使号的水星轨道探测项目,是美国航空航天局雄心勃勃的行星探测系列项目“发现计划”的一部分。多年来美国太空探测的庞大开支及其实用性一直受到美国纳税人的质疑,美国航空航天局在向联邦政府申请科研经费时也颇费思量因而美国航空航天局在1994财年正式启动行星探测“发现计划”时,提出以更快、更好、更省为方针要求连续进行科研目标高度集中、而又花钱不是太多的项目,以解答太阳系内许多不为人类所知的行星之谜,

到达水星

信使号探测器在实施一系列水星轨道制动动作后,于2004年3月17日顺利进入水星轨道。这是人类历史上第一个成功进入水星轨道的人造航天器。

美国航空航天局于3月30日公布信使号传回的首批照片,这是史上首见由探测器在水星轨道拍摄的水星表面照片。根据探测资料,水星日夜温差超过570℃。

信使号拍摄到的水星

图:信使号拍摄到的水星

信使号费时六个小时,拍了363张影像,是人类有史以来获得的清晰度最高的水星表面照片。

信使号拍摄到的第一张水星照片

图:信使号拍摄到的第一张水星照片

根据NASA发布的照片,第一张照片上方显示名为“德布西”的特殊黑色陨石坑,下方则是接近水星的南极地区过去没有宇宙飞船曾目睹这片区域,令人尤感兴趣的是水星南北两极的陨石坑阴影处。由于阳光照不到极地,科学家期待信使号能在该处找到结冰的水,照片上标注出一些水星陨石坑。水星表面温度非常极端,白天高达摄氏462度,熔点232度的锡和327度的铅等金属,在水星表面都会变成液态;到了晚上,温度骤降至零下148℃,日夜温差574℃。

探测器结构部件与科学仪器

信使号探测器的基本部件包括:

遮阳伞:用来保护飞船免受太阳直射,使飞船的电子设备和仪器即使在水星这样的热环境里也能正常运行。

太阳能电池板:为飞船提供动力。信使号还携带着一块蓄电池,可以把太阳能电池板产生的电能储存起来,供其他系统使用。

助推器:通过喷射燃料发生推力,改变飞船的轨道和姿势。

信使号携带的科学仪器包括:

水星双重成像系统(Mercury Dual Imaging System):这是一部带有广角镜头和窄角镜头摄像机可以单色、彩色和立体成像。

伽马射线和中子谱仪(Gamma-Ray and Neutron Spectrometer):将用它来绘制水星表面的元素构成图。

X射线仪(X-Ray Spectrometer):也被用于绘制水星外壳物质的元素构成情况。

磁力计(Magnetometer ):绘制水星磁场的详细结构和动力,寻找磁化的地壳岩石区。

水星激光高度计(Mercury Laser altimeter):用来测算水星的地形。

水星大气和表面组合探测仪:测算水星大气的情况,寻找水星表面物质里的矿物成份。

高能粒子和等离子体探测仪(energetic particle plasma spectrometer):用于测算水星磁气圈内部和周围的带电粒子的构成与特性。

科学成果

发现水、有机化合物、火山作用

根据信使号探测器获取的数据,水星极地地区的永久阴暗区陨坑深处可能存在水冰。水星是太阳系内的最内侧行星,地表温度超过400摄氏度。科学家一直怀疑在雷达扫描中发现的明亮沉积物可能就是水冰,信使号传回的数据进一步提高了这一观点的可信度。

信使号探测器发现水星的散逸层拥有大量的水存在。

在这个任务的后来几年中,信使号提供了水星表面从前曾经存在过火山活动的图像证据,以及水星的行星核心为液态铁的证据。

信使号获得了最新的详细而且精确的水星地图。并且,在水星北极附近的一些撞击坑的永久阴影区内,发现了含碳有机化合物和水冰

研究显示水星表面45亿年前或存巨大岩浆洋

据国外媒体报道,麻省理工学院的科学家通过对水星岩石化学成分分析的过程中发现这颗星球过去可能拥有一片巨大的岩浆海洋,时间点处于45亿年前,这项新的研究任务由“信使”号探测器完成,旨在分析水星表面、空间环境以及行星化学物质组成等。自2011年3月起,NASA的探测器开始收集相关数据,一组科学家负责对X射线荧光光谱数据进行分析,该任务收集到了有关水星表面岩石的组分情况,科学家希望揭开水星到底发生了何种地质过程,导致其表面出现两种不同组成的岩石?

对此,科学家在实验室中创建了两类岩石,模拟高温高压环境下的地质演化过程通过实验科学家设想水星上曾经出现巨大的岩浆海洋,在这种环境下可演化出两种截然不同的岩石,通过结晶、凝固最后重新由熔岩喷发机制存在于水星表面。根据麻省理工学院地质学教授蒂莫西·格罗夫介绍:“水星上发生的事件其实是非常惊人的地壳的年龄很可能超过了40亿岁因此这些岩浆海洋应该存在于非常古老的过去。

为了回答这个问题,美国麻省理工学院的研究小组利用探测器获取的成分数据在实验室中配制合成了这两种岩石类型,并将这两类合成岩石至于高温高压环境下模拟经历各种不同的地质过程。通过这些实验,科学家们发现只有一种机制可以解释所观察到的现象,那就是曾经有一个巨大的岩浆洋,这个岩浆洋形成了两层不同的结晶层并逐渐冷凝,随后又再次熔化成为岩浆并喷出到了水星地表。

信使号水星探测器
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最新更新:2015-07-24 18:33
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