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发射卫星静候星际天体?守株待“星”也非易事

时间:2020-06-03 13:40:43 来源:科技日报

  2017年10月,太阳系第一颗星际天体“奥陌陌”闯入人们的视线,转悠了2个月后,它便逃离太阳系飞向宇宙深处。2018年12月,太阳系迎来了第二颗星际天体——“鲍里索夫”(Borisov),不久前有报道称这颗“天外来客”可能正在解体。

  一次又一次错过“亲密接触”的机会,让人既无奈又倍感惋惜,毕竟这样的机会千载难逢。

  近日,在美国麻省理工学院的一项研究中,研究人员提出利用太阳“弹弓”技术拦截星际天体,这项研究或为实现近距离观测星际天体提供可能。

   利用“弹弓”迎客

  虽然人类目前发现的星际天体只有2颗,不过科学家认为这种“拜访”在太阳系内每年都会出现十几次。

  在地球上观测星际天体很难吗?仅凭现有技术确实很难。

  首先,星际天体的尺寸非常小,比如“奥陌陌”,它的直径只有160米;其次,星际天体的飞行速度非常快,“奥陌陌”冲进太阳系的速度在每秒26千米,“鲍里索夫”则为每秒32.2千米,想要在观测的最佳时间段内追上他们,仅凭现有技术难度很大。

  或许,向星际天体发射卫星可以给近距离观测带来希望。

  美国麻省理工学院航空航天系助理教授林纳雷斯(Linares)提出,可以利用“动态轨道弹弓”与星际天体交汇,来替代传统空间飞行任务。之所以被称为“弹弓”,是因为按照设想,卫星、星际天体的运行轨迹和太阳会形成类似弹弓的形态。

  林纳雷斯的计划,是发射一组静态卫星,从地球轨道转移到太阳系边缘轨道。当到达太阳系边缘时,卫星依靠太阳帆平衡太阳风的压力和太阳的引力,保持相对静止状态,等待“天外来客”到访。

  按照设想,一旦星际天体出现,在合适的时刻,卫星就收起太阳帆,朝着太阳坠落,坠落过程中卫星速度会变得极快。与星际天体交汇时,卫星会降速以匹配天体速度。在这段短暂的交汇时间里,卫星可以在最接近天体的距离内,抓拍到近距离照片。

  如果“动态轨道弹弓”的设想变成现实,那么卫星近距离拍摄到的照片就可以为科学家研究星际天体提供牢靠的基础。

  不过,中国科学院紫金山天文台研究员季江徽认为,研究者提出的太阳系边缘概念含糊:“他们没有界定太阳系边缘到底是什么位置。事实上,科学界对太阳系边缘还没有一个确切的定论。一般天文学家认为奥尔特云是太阳系的边缘。也有人将太阳风与星际介质相互作用所形成的、距离太阳80—150个天文单位(一个天文单位约为1.496亿千米)的边界区域称为太阳系边缘。”

  2016年,霍金提出“摄星计划”,旨在打造光帆动力晶片飞船,探索距离太阳系最近的恒星系统——半人马座比邻星。2019年,由英国领导、22国参与建造的“彗星拦截者”探测器计划,在2028年将探测器送入距离地球150万千米的轨道“守株待彗星”。中国科学院空间科学先导专项中也布局了类似概念的预研项目,来探测星际天体或长周期彗星。

  这么看,“运态轨道弹弓”也不是什么新鲜事。

  许多问题亟待解决

  受限于目前的探测能力,太阳系边缘对于我们来说似乎太过遥远,在地球上操控卫星让其追踪星际天体,有很多问题值得商讨。

  一束光线从太阳出发到达地球需要大约8分钟,太阳到地球的平均距离为一个天文单位,假设卫星要到达距离地球100个天文单位的位置,信号传递大约需要13个小时,一来一回就是26个小时。“从发出信号到接收信号,需要花费一天多时间,所以数据传输非常困难。”季江徽说。

  失之毫厘谬以千里,在无边无际的宇宙中,哪怕是短暂延迟都会对预期结果产生巨大的影响。

  还有一个问题,就是如何确定星际天体的位置。季江徽把天体定位比喻成大海捕鱼:“星际天体可能在太阳系任何一个方向现身,我们不知道它会什么时候来,会在哪里出现。”

  除此之外,能源供应、打造面积与质量之比极大的太阳帆等技术问题都会成为捕捉星际天体的“拦路虎”。这些问题亟待科学家解决。

  虽然技术问题尚未攻克,不过季江徽认为此举对我国航天事业发展具有借鉴和推动意义:“我国科学家提出了太阳系边际探测计划,也就是在2049年时我们国家的航天器要到达100个天文单位以远的太阳系边际探测。打造类似的航天器,会给我们在新材料、能源、太阳帆推进、远距离行星际通信等方面的研究带来极大的牵引作用。”


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编辑: 刘坤媛
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