飞向水星

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Mercury徐世杰人类数千年前就发现了水星,但至今对水星的了解却非常有限。为了研究水星表面的特征和环境,特别是水星表面的成分、水星内核和覆盖物、磁场和稀薄大气,搜索水冰和其他结冰的易挥发物,进而了解地球的起源、形成和演化过程,了解地磁场的演化和变化规律,揭示许多未知的领域,美国先后发射了2颗水星探测器,欧洲和日本也正在联合实施水星探测计划迄今为止,人类已经向太阳系发射了近百个行星探测器,但只有一个探测器探测了水星,即美国于1973年11月3日发射的”水手”-10号探测器。此后的30多年里,再没有向水星发射探测器。直到2004年8月3日,美国又成功发射了”信使”号水星轨道器,这是人类第二次探测水星。目前,”信使”号已经完成了两次轨道修正,状态良好,正在飞往水星的途中。此外,欧洲航天局和日本正在实施”贝皮·科伦布”水星探测器联合探测计划,准备在2011年前后发射。人类对水星的认识水星是太阳系内九大行星中离太阳最近的行星,也是太阳系中最小的陆地行星,其直径为4879千米,体积是地球的5.4%,重量为地球的5.5%,密度和地球相当,表面重力是地球的37.6%。水星有一个巨大的内核,估计其直径为整个水星直径的3/4,水星没有任何天然的卫星。水星的环境非常恶劣,表面温度白天高达467℃,晚上低到-183℃。水星的近日点为4.7千万千米,远日点为7千万千米,由于距离太阳太近,辐射非常强烈。水星表面和我们的月球很相似,伤痕累累,留下了数十亿年间被无数小天体撞击形成的坑洞;水星表面有巨大的断崖,最长的达到数百千米,落差达3千米。虽然水星仅有非常稀薄的大气,但在水星两极的陨石坑中却存在着水冰。水星有固有的磁场,但不知道来自何处,科学家们估计可能与其巨大的内核有关。人类数千年前就发现了水星,但至今对水星的了解却非常有限。主要原因是水星距离太阳过近,从地球上观察,水星与太阳间的视角很小,大部分时间过于靠近太阳。水星距太阳视角最大的时间出现在春秋两季,都在地平线附近,且受到地球大气的扰动,地基天文望远镜无法对水星进行有效的观测,就连位于近地空间的哈勃望远镜也无能为力,因为强烈的阳光可能损毁望远镜的光学设备。水星被认为是太阳系形成过程中,由热环境下的星云所形成,保留了几十亿年前的许多原始的特性,是太阳系中最老的陆地行星。太阳系的陆地行星中只有水星和地球有自己固有的磁场,对水星磁场的研究有助于同地球磁场的研究进行比较,进而了解地球的起源、形成过程、演化过程,了解地磁场的演化和变化规律,揭示许多未知的领域。水星探测器的另一个重要任务是检验爱因斯坦的相对论。”水手”号走马观花探水星1973年11月3日,美国发射了”水手”-10号探测器。该探测器是第一个借行星引力进行轨道转移的探测器。”水手”-10号在经过对金星的探测之后,于1974年3月29日,第一次飞近水星,在距水星表面704千米的高空飞过,对这颗多坑的行星进行了拍摄,并探测到水星有稀薄的大气,其主要成分是氦。此后它进入围绕太阳的轨道,准备与水星的第二次交会。1974年9月21日,”水手”-10号第二次飞近水星,在距水星表面48069千米的高度飞越,拍摄了水星受太阳照射一侧及南极区的图像;1975年3月16日,”水手”-10号第三次飞近水星,在距水星表面327千米的高度飞越,拍摄了大量的图像。3次飞越水星,除近距离拍摄到水星表面清晰的照片外,还绘制了水星表面45%面积的地图。”水手”-10号是镁铝合金结构的八边形飞行器,总的发射重量是502.4千克,
包括29千克推进剂,最大功率为540瓦,使用冷气喷嘴进行3轴稳定,采用S-波段和X-波段进行通信。所携带的科学仪器有:摄像机、磁强计、紫外谱仪、红外辐射计、等离子体实验仪器、小型望远镜等。在3次水星探测过程中,”水手”-10号的陀螺发生了震荡,产生了姿态异常,为了调整姿态,喷气系统消耗了很多燃料。此外,由于太阳耀斑的影响,”水手”-10号的星跟踪器丢失了跟踪目标—老人星,为重新捕获老人星进行的姿态机动消耗了大量燃料,1975年3月24日,由于燃料耗尽,耗资1亿美元的”水手”-10号被迫提前结束任务。”信使”号真正开始探水星2004年8月3日,美国成功发射了”信使”号水星轨道器,这是时隔31年之后人类发射的第二个水星探测器。”信使”的主要科学任务是:从轨道上研究水星表面的特征和环境,特别是水星表面的成分、地质历史、水星内核和覆盖物、磁场和稀薄大气,搜索水冰和其他结冰的易挥发物,绘制水星表面完整的图像。”信使”号所携带的科学仪器有:水星双成像系统,伽马射线与中子谱仪,
x-射线谱仪, 水星激光高度计,
大气和表面成分谱仪,高能粒子和等离子体谱仪,磁强计等。”信使”号在设计上有一个显著的特点,就是带有一个半圆柱型的防热罩,用来遮挡强烈的阳光。目前”信使”号已经进入巡航阶段,飞行状态良好。”信使”号将于2005年8月飞越地球,2006年10月和2007年6月两次飞越金星,这些飞行都是为了”借力”。经过这3次向行星”借力”
来调整轨道后,”信使”号将获得需要的轨道和速度。经过近3年半的旅行之后,”信使”号于2008年初到达水星,此后于2008年1月、2008年10月和2009年9月3次飞越水星,借水星引力进行减速,最后在
2011年3月进入绕水星200千米×15193千米的椭圆轨道飞行,并开始为期1年的科学探测活动。”信使”号的轨道在1年期间将覆盖2个水星日,第一个水星日期间将使用各种仪器绘制水星全球图像,第二个水星日全部进行科学研究。相信”信使”一定不辱使命,为人类带来水星振奋人心的新信息。欧洲航天局和日本的水星探测计划目前,欧洲航天局和日本正在联合实施水星探测计划。这项计划被命名为”贝皮·科伦布”计划。该计划由三个水星探测器组成,即水星行星轨道器(MPO)、水星磁气圈轨道器(MMO)和水星表面探测器(MSE)。其中欧洲航天局负责的MPO用来绘制水星表面图,而日本负责的MMO/MSE用来研究水星的磁气圈和水星表面,MSE主要用于近距离拍摄水星表面的图像。”贝皮·科伦布”号的主要科学任务是:研究水星的形状、内部结构、地质、成分、火山坑、起源、结构、磁场和磁气圈的动态特性、遗留大气的成分和动态特性、检验爱因斯坦的广义相对论、寻找地球朝着太阳方向的小行星,绘制水星不同波长的完整的地图等。按照计划,”贝皮·科伦布”号将于2011~2012年发射,发射与巡航阶段3个探测器组合在一起,在接近水星时再进行分离。巡航阶段使用电推进装置作为主推进器,并借助月球、金星和水星的引力进入绕水星的轨道。两个轨道器工作在不同的水星极轨道,其中MMO的轨道是400千米×12000千米,MPO的轨道是400千米×1500千米。而MSE在水星表面软着陆。两个轨道器的工作寿命都是1年。因为恶劣的环境,着陆器仅能工作很短的时间。为了避开高温,着陆器将在水星背对太阳的一侧着陆。着陆器上配备有照明装置,以便进行近距离拍摄工作,还有一些仪器用来深入水星表面测量土壤的矿物质含量及化学成分。

水手10号(Mariner
10),是人类设计的首个执行双行星探测任务的飞行器,也是第一个装备图像系统的探测器,它的设计目标是飞越水星和金星两大行星。它是美国”水手计划”中的第10个探测器,也是计划中的最后一个。水手10号以飞掠的方式探测水星与金星,也是第一个探测过水星的太空船。

“水手”系列是美国向地球以外的其他行星发射的第一个飞行器。“水手1号”和“水手2号”都是为了飞越金星而开发的飞行器,它们几乎是完全相同的。1962年7月22日,发射“水手1号”的火箭在发射过程中偏离了预定航线,被发射站安全主任下令摧毁。一个月后,“水手2号”发射,开始了飞往金星的为期三个半月的旅程。在飞行过程中,它测量了太阳风和行星际尘埃,还探测了来自太阳和太阳系外宇宙射线的高能粒子。

基本信息

  • 中文名称

    水手10号

  • 澳门新葡萄京官网注册 ,外文名称

    Mariner 10

  • 发射时间

    1973年11月3日

  • 发射火箭

    阿特拉斯-半人马

  • 研发国家

    美国

  • 质量

    473.9 kg

  • 掠过对象

    金星、水星

目录 1基本简介 2探测成果 3设备配置

结构特点使用情况结构特点

折叠 编辑本段 基本简介

澳门新葡萄京官网注册 1美国”水手10号”探测器水手10号在1973年11月3日,由美国发射升空。水手10号重503千克,装备有紫外线分光仪、磁力计、粒子计数器,电视摄像机等仪器。1974年2月5日,水手10号从距金星5760千米的地方飞过,拍摄了几千张金星云层的照片。然后它继续朝水星前进。

1974年3月29日,水手10号从离水星表面700公里的地方通过,然后进入周期为176天的公转轨道,环绕太阳运行,其周期正好是两个水星年,这使它每次回到水星时都是在以前的同一地点,因为水手10号每绕太阳一圈,水星正好绕两圈。

1974年9月21日,水手10号第二次经过水星;1975年3月6日,它第三次从水星上空330公里处经过。此时,水手10号耗尽了使它保持稳定位置的气体,因此无法再对这颗行星作进一步研究了。不过这3次近距离观测已拍摄到了超过1万张图片,涵盖了水星表面积的57%。

1975年3月13日
第三次做紧贴水星表面飞行的美国“水手10号”探测器,用1个星期的时间,从外层空间向地球发回了几百张有价值的水星照片和资料。这些照片和测得的资料,对于科学家们测定这颗行星的性质非常有价值。

“水手2号”装有用镁和钛制作的锥形框架、两块太阳能电池板和一架高增益碟形天线。

折叠 编辑本段 探测成果

澳门新葡萄京官网注册 2美国”水手10号”探测器在飞掠金星时,水手10号在金星上发现云系循环的证据与非常微弱的磁场。水手10号总共飞掠过水星3次,由于轨道的相对位置(太空船的轨道周期几乎是水星的两倍),使得每次探测的都是面对着水星的同ㄧ面,所以只探测到水星表面约40-45%的地区。仅管如此,水手10号所传回的资料仍然非常重要的,也是目前天文学家了解水星的主要来源,因为无法用望远镜直接观测水星的表面。

美国的“水手”10号探测器曾从1974年起到第二年为止对水星进行了拍摄,当时拍摄的领域只有半个球体部分。因而难以了解水星的整体面貌。

水手10号发现水星拥有稀薄的大气层,主要是由氦所组成,另外也发现水星拥有磁场与巨大的铁质核心。辐射计显示水星的夜晚大约是-183°C,而白天温度可达187°C。

水星是太阳系中最靠近太阳的一颗行星,离太阳0.579亿千米,直径4878千米,质量只有地球的5.58%,自转周期58.6日,绕太阳一圈历时88日,没有卫星。
1973年11月3日,美国发射“水手10号”探测器,主要任务是探测金星和水星。探测器1974年2月5日飞临金星作了探测后,借助金星的引力改变轨道方向,折向水星,在3月29日到达水星附近,成为唯一的一个来到水星附近的探测器。它向地面发回2500多张珍贵的照片。

人们发现,水星表面跟月球表面非常相像,也布满密密麻麻的环形山,只是直径在20-50千米的大环形山不多,而月球环形山直径超过100千米的却不少。水星上大气稀薄以了极点,没有水分。因为离太阳近,使它成为太阳系中环境最严酷的地方,正午温度可达400℃以上,背着太阳的地方温度降至-170℃。原以为水星有不存在磁场,事实恰恰相反,不仅有磁场,而且是一个全球性的磁场,磁场强度也很高,是地球的1%。水星直径不大,密度却不小,是水的5.4倍,在9大行星中仅次于地球。它的内核主要由铁、镍等元素组成,直径可达3600千米,几乎是水星直径的3/4,而地球地核直径只有地球直径的一半多一点儿。

“水手10号”探测器曾经3度飞过水星,都是从同一地区上空飞过,探测过的水星表面只占全部面积的37%。对水星还有待进一步探测。

从“水手”10号的磁场观测结果可知在水星表面有地球磁场的1%左右强度的固有磁场。

水星的两极可能有水冰存在,这是因为从地球向水星发射电波,再观测其返回的信号得到的结果。

在接近太阳的水星上,赤道受到太阳的强烈照射,白天最高温度可达430摄氏度,但是在极地附近,由于太阳光的入射角度接近于地平线,所以在像圆坑般的洼地底部,就会成为――年到头都没有日光照射的“永久阴影”。根据计算,永久阴影的表面温度约为零下210摄氏度,水可以在该处持续存在几十亿年。不过,很遗憾的是即使有冰也是在阴影处,所以无法进行拍摄。”

使用情况

折叠 编辑本段 设备配置

水手10号的探测设备与实验包括:

1 一对具有数字磁带式记录器的视角狭窄的相机

2 紫外线分光计

3 红外线辐射计

4 太阳电浆侦测器

5 带电微粒子

6 磁场探测

7 掩星观测

8 天体力学探测

1962年12月14日,“水手2号”以34838公里(21648英里)的距离飞越金星。它用红外线和微波辐射计对金星进行了42分钟的扫描,发现金星有冷的云层,而表面温度则很高。传回的数据表明,金星表面温度至少有摄氏425。(华氏800°),并且昼夜温度几乎相同。行星表面56~80公里(34.8~49.7英里)的高度上被密集的云层所覆盖。

NASA一直保持着与“水手2号”的联系,直到1963年1月3日“水手2号”和地球的距离达到了8740万公里(5430万英里)以后。这是深空探测器的一个新纪录。现在“水手2号”仍在太阳轨道上运行着。

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