论文部分内容阅读
“水手10”号初探水星
水星是离太阳最近的行星，直径的平均值为4 879千米，约是地球的1/3。论个儿大小，它在太阳系八大行星中排行老末，但比起太阳系所有大行星，水星的绕日轨道最为扁长。作为类地行星的水星，有些物理参数接近地球，如密度和年龄：其表面形状和对阳光反射率又与月球类似，因而对其探测和研究，可以帮助人类深化对地球与月球演变历史和趋势的认识。
在此之前，人类只向水星发射过一个航天器，那就是“水手10”号。它于1973年11月3日首次发射升空。1974年2月5日，它从距金星5760千米的地方飞过后继续朝水星前进。1974年3月29日，它从离水星表面700千米的地方通过，然后进入周期为176天的公转轨道，环绕太阳运行。1974年9月21日，“水手10”号第二次经过水星：1975年3月6日，第三次从水星上空330千米处经过。此时，“水手10”号耗尽了使它保持稳定位置的气体，因此无法再对水星做进一步研究。但这3次近距离观测已拍摄到了超过1万张照片，涵盖了水星表面积的57％。
这些照片表明，水星表面酷以月球，密布着大大小小的环形山，其周围仍有明显的辐射条纹，说明未经风化，大气非常稀薄。在水星表面也看不到被侵蚀过的痕迹，说明不存在水。“水手10”号还发现水星有磁场，虽然其磁场强度仅为地球磁场的1％左右，但磁场位形与地球相似，也是偶极场。同时，由于太阳风中带电粒子的压力作用，使水星磁场发生变化，也形成一个与地球类似的磁层。
“信使”号再探水星
相对于火星和金星的航天探测来说，水星显得冷清得多。正因如此，人们一直关心有关水星的航天探测动态。1997年4月，美国航宇局决定研制一个名为赫米斯的航天器，后来改名为“信使”号，准备21世纪初发射到环绕水星的轨道，对水星开展多方面的探测工作。
美国航宇局本来安排于2004年7月用“德尔塔2”型运载火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地起飞发射“信使”号，但由于此前火箭出现故障，故而不得不向后推迟。2004年7月15日，美国航宇局的科学家决定于8月2日发射“信使”号探测器。但出人意料的是，8月2日基地上空突然出现了浓密的云层，不得不又将发射时间后延1天，直到8月3日才发射。值得庆幸的是，此次发射“信使”号总算没有错过良机。因为据计算，发射窗口的最后时间为8月13日，如果错过升空时机，发射工作就要等到2005年。
“信使”号是继“水手10"号30年后，人类探测器首次对水星进行全面的环绕探测。科学家们希望它能完成对整个水星表面的测绘工作，验证水星极高密度的理论，分析水星的地质史，研究水星内核结构与磁场，并对水星的化学组成成分等进行确定，同时在水星两极背阳的环形山中寻找固态水。
按照计划，“信使”号发射升空后，并不是直接进入水星轨道，而是先相继飞掠地球1次、金星2次、水星3次，再进入水星轨道。之所以选择这样一条迂回路线，是为了减轻”信使”号的载荷，从而降低研究成本。
3掠水星“看”究竟
2008年1月15日凌晨，“信使”号第一次飞掠水星，其轨道距离水星表面最近时只有约200千米。2008年10月6日，“信使”号第二次近距离飞越水星，首次窥见了水星西半球的真面目，对此前未被观测面积的30％进行了拍摄，传回1200多张水星表面图像，记录了一些以前从未见到的地形。其携带的科学仪器首次探测了水星表面的矿物化学组成，研究了水星磁场和引力场情况，探测了水星环境，拍摄了水星稀薄的大气，并记录了水星磁层中的高能粒子和等离子体。它的激光高度计还获得了水星的地形测量数据，这使科学家能够首次把水星表面的高清晰度地貌图片和高分辨率地形测量数据联系起来，对水星地表地质进行研究，并发现与月球、火星的表面不同。“信使”号的分光计对水星大气层最外圈进行了观测，并搜寻到钠、钙、镁以及氢原子的踪迹，其中镁是首次得到确认。
综合“信使”号2008年两次近距离飞掠水星和“水手10”号3次探测水星共拍摄的7400多张照片及获得的相关数据，人类发射的航天器己观测水星约95％的表面面积，其中”信使”号占50％，“水手10”号占45％。对比“信使”号两次飞掠所得的水星磁层圈观测数据，科学家发现，磁层圈包围着水星，由水星内部的磁场控制。而且，水星的东半球和西半球的磁场是高度对称的。
2009年9月29日，“信使”号第3次飞掠水星，使得水星表面测绘面积扩大到98％。此次探测发现，水星有一处中间凹陷、四周明亮的区域。科学家分析认为，这可能是火山遗迹。同时发现一个直径达290千米的巨大双环撞击盆地，还在水星表面发现了大量的铁和钛。此外，“信使”号还对水星外大气层进行了更为细致的观测，科学家通过对比前两次数据发现，水星上也存在季节变换，外大气层中的钠、钙、镁等的含量随季节都有不同的变化，这些研究结果对分析水星整个大气层提供了重要信息。该次飞越已成功实现了借助水星引力改变“信使”号飞行路线的目的。
成功入轨肩负重任
在太空疾驰6年半、88.4亿千米后，“信使”号于2011年3月17日成功“滑进”一条短半径为201千米、长半径为15 000千米的椭圆轨道，开始为期1年的环水星飞行。经过一段时间在轨调整，“信使”号从4月4日开始对水星展开探测，研究水星物理特征、化学组成成分、水星磁场以及水星两极坑底是否存在水冰。它己成为水星的第一颗人造卫星，故能对水星整个表面进行拍摄、测绘和遥感考察，将帮我们揭开水星神秘的面纱。
水星是离太阳最近的行星，直径的平均值为4 879千米，约是地球的1/3。论个儿大小，它在太阳系八大行星中排行老末，但比起太阳系所有大行星，水星的绕日轨道最为扁长。作为类地行星的水星，有些物理参数接近地球，如密度和年龄：其表面形状和对阳光反射率又与月球类似，因而对其探测和研究，可以帮助人类深化对地球与月球演变历史和趋势的认识。
在此之前，人类只向水星发射过一个航天器，那就是“水手10”号。它于1973年11月3日首次发射升空。1974年2月5日，它从距金星5760千米的地方飞过后继续朝水星前进。1974年3月29日，它从离水星表面700千米的地方通过，然后进入周期为176天的公转轨道，环绕太阳运行。1974年9月21日，“水手10”号第二次经过水星：1975年3月6日，第三次从水星上空330千米处经过。此时，“水手10”号耗尽了使它保持稳定位置的气体，因此无法再对水星做进一步研究。但这3次近距离观测已拍摄到了超过1万张照片，涵盖了水星表面积的57％。
这些照片表明，水星表面酷以月球，密布着大大小小的环形山，其周围仍有明显的辐射条纹，说明未经风化，大气非常稀薄。在水星表面也看不到被侵蚀过的痕迹，说明不存在水。“水手10”号还发现水星有磁场，虽然其磁场强度仅为地球磁场的1％左右，但磁场位形与地球相似，也是偶极场。同时，由于太阳风中带电粒子的压力作用，使水星磁场发生变化，也形成一个与地球类似的磁层。
“信使”号再探水星
相对于火星和金星的航天探测来说，水星显得冷清得多。正因如此，人们一直关心有关水星的航天探测动态。1997年4月，美国航宇局决定研制一个名为赫米斯的航天器，后来改名为“信使”号，准备21世纪初发射到环绕水星的轨道，对水星开展多方面的探测工作。
美国航宇局本来安排于2004年7月用“德尔塔2”型运载火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地起飞发射“信使”号，但由于此前火箭出现故障，故而不得不向后推迟。2004年7月15日，美国航宇局的科学家决定于8月2日发射“信使”号探测器。但出人意料的是，8月2日基地上空突然出现了浓密的云层，不得不又将发射时间后延1天，直到8月3日才发射。值得庆幸的是，此次发射“信使”号总算没有错过良机。因为据计算，发射窗口的最后时间为8月13日，如果错过升空时机，发射工作就要等到2005年。
“信使”号是继“水手10"号30年后，人类探测器首次对水星进行全面的环绕探测。科学家们希望它能完成对整个水星表面的测绘工作，验证水星极高密度的理论，分析水星的地质史，研究水星内核结构与磁场，并对水星的化学组成成分等进行确定，同时在水星两极背阳的环形山中寻找固态水。
按照计划，“信使”号发射升空后，并不是直接进入水星轨道，而是先相继飞掠地球1次、金星2次、水星3次，再进入水星轨道。之所以选择这样一条迂回路线，是为了减轻”信使”号的载荷，从而降低研究成本。
3掠水星“看”究竟
2008年1月15日凌晨，“信使”号第一次飞掠水星，其轨道距离水星表面最近时只有约200千米。2008年10月6日，“信使”号第二次近距离飞越水星，首次窥见了水星西半球的真面目，对此前未被观测面积的30％进行了拍摄，传回1200多张水星表面图像，记录了一些以前从未见到的地形。其携带的科学仪器首次探测了水星表面的矿物化学组成，研究了水星磁场和引力场情况，探测了水星环境，拍摄了水星稀薄的大气，并记录了水星磁层中的高能粒子和等离子体。它的激光高度计还获得了水星的地形测量数据，这使科学家能够首次把水星表面的高清晰度地貌图片和高分辨率地形测量数据联系起来，对水星地表地质进行研究，并发现与月球、火星的表面不同。“信使”号的分光计对水星大气层最外圈进行了观测，并搜寻到钠、钙、镁以及氢原子的踪迹，其中镁是首次得到确认。
综合“信使”号2008年两次近距离飞掠水星和“水手10”号3次探测水星共拍摄的7400多张照片及获得的相关数据，人类发射的航天器己观测水星约95％的表面面积，其中”信使”号占50％，“水手10”号占45％。对比“信使”号两次飞掠所得的水星磁层圈观测数据，科学家发现，磁层圈包围着水星，由水星内部的磁场控制。而且，水星的东半球和西半球的磁场是高度对称的。
2009年9月29日，“信使”号第3次飞掠水星，使得水星表面测绘面积扩大到98％。此次探测发现，水星有一处中间凹陷、四周明亮的区域。科学家分析认为，这可能是火山遗迹。同时发现一个直径达290千米的巨大双环撞击盆地，还在水星表面发现了大量的铁和钛。此外，“信使”号还对水星外大气层进行了更为细致的观测，科学家通过对比前两次数据发现，水星上也存在季节变换，外大气层中的钠、钙、镁等的含量随季节都有不同的变化，这些研究结果对分析水星整个大气层提供了重要信息。该次飞越已成功实现了借助水星引力改变“信使”号飞行路线的目的。
成功入轨肩负重任
在太空疾驰6年半、88.4亿千米后，“信使”号于2011年3月17日成功“滑进”一条短半径为201千米、长半径为15 000千米的椭圆轨道，开始为期1年的环水星飞行。经过一段时间在轨调整，“信使”号从4月4日开始对水星展开探测，研究水星物理特征、化学组成成分、水星磁场以及水星两极坑底是否存在水冰。它己成为水星的第一颗人造卫星，故能对水星整个表面进行拍摄、测绘和遥感考察，将帮我们揭开水星神秘的面纱。