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第13章 太阳系的探索之路(2)

阿姆斯特朗登上月球的瞬间在6次登月过程中,12名宇航员共进行了110多小时的月面活动,累计行程90多千米,收集并带回了472千克月球岩石和土壤标本。这些收获使科学家们如获至宝,他们对其进行了多方面的科学研究,取得了重大的科研成果。人们得知月岩含有铁、铀、氧等元素,又通过对原始月球岩石的鉴定,查证了月球的年龄已有41.5亿年。他们还驾驶月球车在月面上活动,拍摄了大量月球照片。登月活动揭示了月球的一些奥秘,帮助人们更好地了解月球,科学地认识太阳系。同时。他们还把10%的月岩和土壤送给世界上20多个国家的100多个实验室进行研究。1978年5月,美国以卡特总统的名义将“阿波罗”17号宇航员采集的1块重约1克的月球岩石赠送给中国政府。中国的科学家用这块岩石中的0.7克进行了综合研究,取得了12项研究成果。

1972年12月20日,美国东部时间下午1时24分59秒,“阿波罗”17号的指令舱降落在太平洋中距离回收航空母舰4英里的地方。如果从1968年12月第一次发射进入月球轨道的“阿波罗”8号算起,此时正好过去了4年时间,人类历史上最伟大的航天计划就此画上了一个完整的句号。

“阿波罗”登月飞船由“土星”5号运载火箭送上太空,它由指挥舱、服务舱和登月舱等部分组成。

指挥舱是航天员生活和工作的地方,也是飞船的控制中心,呈圆锥形,高3.2米,重约0.6万千克。

服务舱为指挥舱提供氧气、冷热水,排除指挥舱的二氧化碳和排泄物,并为指挥舱提供动力。飞船进入月球轨道后,服务舱即被抛弃。

登月舱是航天员登上月球的座舱,由上升段和下降段组成。航天员从月球返回地球时,以下降段为发射台,抛掉下降段,航天员乘坐上升段离开月面,与指挥舱会合,再抛掉上升段,然后返回地球。

知识点月球车

月球车全名叫“月球探测远程控制机器人”,是一种能够在月球表面行驶并完成月球探测、考察、收集和分析样品等复杂任务的专用车辆。月球车有两种,一种是无人驾驶月球车,一种是有人驾驶月球车。无人驾驶月球车由轮式底盘和仪器舱组成,用太阳能电池和蓄电池联合供电,靠地面遥控指令。有人驾驶月球车是由宇航员驾驶在月面上行走的车,主要用于扩大宇航员的活动范围和减少宇航员的体力消耗,可随时存放宇航员采集的岩石和土壤标本。有人驾驶月球车靠蓄电池提供动力。

拜访水星、金星、火星

拜访水星

水星在8大行星中是最小的行星,比月球大1/3,同时也是最靠近太阳的行星。水星目视星等范围是0.4~5.5。水星太接近太阳,所以常常被猛烈的阳光淹没,它的轨道与太阳的距离在4590万~6970万千米之间,因此望远镜很少能够仔细观察它。水星在许多方面与月球相似,它的表面有许多陨石坑而且十分古老,它也没有板块运动。另一方面,水星的密度比月球大得多。水星是太阳系中仅次于地球,密度第二大的天体。

为了探索更多水星的奥秘,美国和苏联都采取了多项措施。

“水手”10号是人类向水星派出的第一个“观察员”,是水星接待的第一位“客人”。

“水手”10号呈八面柱体,有两块太阳能电池板,重约525千克,内装电视摄像机、磁强计、粒子探测器、红外和紫外摄谱仪等。

1973年11月3日,用“宇宙神—人马座”运载火箭,从美国卡纳维拉尔角发射“水手”10号。当它运行至距金星5300千米处时,借助其引力场作用加速飞向水星,行程约3.8亿千米,于1974年3月29日与水星相遇,从距水星720千米处飞过。此后,“水手”10号又两次与水星相遇,一次是1974年9月22日,另一次是1975年3月16日。

“水手”10号不仅是人类向水星派出的第一个侦察员,而且是航天史上第一个借用一个行星的引力为动力而到达另一个行星的探测器。通过3次对水星的抵近勘察,获取了大量的资料。分析表明,水星是比金星或火星还要小的行星。那里大气稀薄,含有微量的氩、氖、氦等气体;大气压很小,表面温度为90~570开;磁场微弱,约为地球的1/100;水星表面与月球表面基本相似,有许多火山口。

2009年6月,英国权威科学期刊《自然》上发表了一项最新研究。研究发现,虽然水星体积不大,但它却对我们太阳系构成了最大的威胁。计算机模拟结果显示,水星轨道将有1%的可能性延伸至某个危险区域,在这个区域,水星绕太阳运行的轨道会与金星的轨道相重叠。研究人员发现,那时将发生行星混乱,水星轨道变化会在大约33亿年内导致内太阳系(类地行星所在区域)全面陷入混乱,可能造成水星、金星或火星与地球相撞。当然,科学家们会进一步探索,以找到解决问题的办法。

拜访金星

金星是太阳系中8大行星之一,按离太阳由近及远的次序是第二颗。它是离地球最近的行星。从地球仰望星空,金星是天上最亮的一颗星,我们几乎随时都可以看到它。早晨它叫“启明星”,白天它叫“太白星”,傍晚它叫“长庚星”。但是金星不像离得更远的火星和木星,可以用望远镜看到上面暗色条纹和大红斑,更不像月球,可以用肉眼看到它的山和“海”。金星总是亮晶晶的一片,既美丽又神秘,所以西方以爱与美的女神“维纳斯”称呼它。

由于金星被浓密的大气包围着,人们看到的只是它的大气层。长久以来,人们对它的真实面目了解得很少,仅从它靠近地球,大小和质量与地球差不多这些情况,推测它是地球的“孪生姐妹”。但有许多迹象表明,这对姐妹差别很大。因此,金星和地球只是一对“貌合神离”的姐妹。人们也一直想揭开金星的神秘面纱,认识它的真容。

20世纪以来,科学家用光谱分析的方法了解到金星的大气成分主要是二氧化碳。在测量金星的自转速度时,结果奇怪得很,每一种方法,每一个人测得的数据都大不相同,甚至同一个人,用同一种方法测量,每一次的数据也大不相同。后来才知道,测量到的不是金星的自转,而是金星上层大气的运动。直到20世纪60年代初,才用雷达精确测定了金星的自转周期(即金星天)是243地球天,比绕太阳公转的周期(即金星年)还要长9.3地球天,也就是说,金星的一年,只有0.925个金星天。金星的自转方向与地球相反,太阳从西方升起,在东方落下。从地球上只能精确测量金星上层大气的温度,对金星表面的温度却很难测得准。

金星和地球每隔19个月相会在太阳同侧的一条直线上,在这前后是向金星发射探测器的最佳时期。

金星是一颗内层行星,从地球用望远镜观察它的话,会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。

进入20世纪60年代后,人们把探测的目标瞄准了金星。

美国和苏联这两个航天大国对金星的探测,也有过一段激烈竞争的历史。美苏探测行星的目标首先都选择金星,这是因为它离地球最近,现有的火箭速度三四个月就可到达;向它发射探测器,只要携带体积很小、功率较低的无线电发射机就可向地球发回探测资料;还由于它离太阳近,探测器在航程中可以得到更多的太阳能,这在航天时代开始不久的20世纪60年代是最有利的条件。

当时的最近发射机会是1961年的前两个月。美国于1960年7月开始研制探测金星的“水手”号飞船,但由于运载火箭的最上面的一级耗时很长,只好推到1962年七八月发射。苏联捷足先登,于1961年1月24日向金星发射了一个名叫“巨人”的探测器,但没有成功。2月12日苏联又发射了探测器“金星”1号。它重643.5千克,备有两块太阳能电池板和直径为两米的折叠式抛物面天线,5月19日至20日从距离金星10万千米的地方通过,由于无线电通信系统出现故障,所以又未能对金星进行考察。

美国为了不延误下一次的发射机会,决定改用另一种推力较小但较可靠的火箭,探测器的重量也只得由原来的250千克多减小为203千克。当时美国还没有地面模拟设备,时间又不允许先进行试飞,工程师们就大胆估算,进行设计,共赶制了3个简陋的探测器。一个用于地面试验。1962年7月22日,美国将重200千克的“水手”1号金星探测器,从卡纳维尔角用“阿特拉斯——阿吉纳”B火箭发射,因火箭的电子计算机程序出现故障,造成了火箭的控制系统失灵,使发射失败。一个多月后,美国又发射了“水手”2号,它顺利地进入金星轨道,于是“水手”2号开始了它充满艰险的旅程。首先,一台光学跟踪仪始终不能对准地球。接着,它发回的信号突然减弱到难以觉察的程度,而苏联又于9月1日和12日两次发射金星探测器,虽然都失败了,但仍使美国人十分紧张。可是,“水手”2号的信号后来又神秘地恢复了正常。但在飞行了2/3的路程后,两块太阳能电池板中的一块突然失效。在让人担心了一周之后,它又莫名其妙地恢复了正常。但工作了一星期后又失效了。在与金星会合的前9天,蓄电池的温度不知什么原因上升到120℃,而且还在继续上升,如果发生爆炸,就将前功尽弃!在相距只有5天的航程时,因4条遥测通道失灵,无法知道探测器上气体和燃料的压力,以及定向天线的角度,这使地面控制人员的神经紧张到了极点。在飞近金星的最后24小时航程中,启动科学仪器瞄准金星的程序发生器两次突然失效。好在预定的飞行路线使“水手”2号始终处在地面大型跟踪天线的视野以内,可以从地面上向它发送无线电启动信号。这样,终于使“水手”2号成功地飞过金星,距离金星中心35832千米。这次飞行历时110天,航程2亿又8962千米。这就是金星探测处女航的惊险传奇经历。

“水手”2号上的红外探测器等科学仪器把金星表面的温度(427℃)和所得的其他数据准确地传回地面,创造了航天史上又一奇迹。

“水手”号探测器,是美国行星和行星际探测器系列中的一个。从1962年7月至1973年11月共发射10个,其中3个飞向金星,2个成功;6个飞向火星,4个成功;最后一个是对金星和水星进行双星观测,成为第一个双星观测器。

美国、苏联、欧盟等均向金星多次发射了探测器。它们有的围绕金星飞行,用各种仪器探测了金星大气,或用雷达测绘了金星表面;有的向金星表面降落,探测深层大气和金星表面情况、拍摄表面照片、分析金星表面岩石。这些探测大大丰富了人类关于金星的知识,初步弄清了金星大气和表面的物理状况。

金星大气和地球大气不同,二氧化碳占97%,只有不到2%的氮、少量的氧和水蒸气,还有氟化氢和硫化物。大气密度是地球大气的60倍。浓密的大气使金星表面的大气压力是地球大气压的90倍。金星表面的温度也很高,高达470℃,可以将铅和锌熔化。

金星大气层分为低层、云层和高层。50千米以下为低层,主要是二氧化碳,还有水蒸气、氟和腐蚀性极强的氢氟酸。50千米~70千米为云层,主要是浮在大气中的硫酸珠,还有少量盐酸、氢氟酸和氟硫酸。它们形成云和雾霭。云层以上是高层,大气分子被太阳风、宇宙线、紫外线电离,形成电离层。

金星表面与地球相似,有蜿蜒的山脉,辽阔的高原台地,有火山喷发形成的环形山、盆地和熔岩流形成的平原,地面分布着玄武岩。

麦哲伦是葡萄牙的航海家,16世纪20年代初,他率领船队完成了首次环绕地球的航行。

1989年5月5日,以麦哲伦的名字命名的金星探测器——“麦哲伦”号,由美国航天飞机“阿特兰蒂斯”号携上太空。它是美国发射的第一个从事星际考察的探测器,也是从航天飞机上发射的第一个担负这种任务的探测器。

“麦哲伦”号探测器在太空游弋15个月,行程约13亿千米,计划于1990年8月飞入金星引力圈内,最后点燃火箭发动机,进入一条周期约3小时的环绕金星轨道。

“麦哲伦”号探测器的主要使命是:了解金星的地理地质情况,如表面构造、电特性等;了解金星的物理学特性,如密度分布和金星内部的力学特性等。

“麦哲伦”号探测器重约355千克。它的顶部是球形固体火箭,可为探测器提供动力。电能由一对太阳能电池板提供。

“麦哲伦”号探测器上采用了先进的合成孔径雷达,对金星进行探测,并绘制金星图像。

1990年8月10日,“麦哲伦”号探测器顺利到达金星。8月16日,探测器上的合成孔径雷达开始对金星表面进行探测,绘制的金星图像非常清晰,可以清楚地辨认出断层、火山熔岩流、火山口、高山、峡谷和陨石坑。“先驱者——金星”号探测器发现金星上可能曾经有过水。

“金星快车”升空金星,总是被浓云密雾包围着。“麦哲伦”号历经5年零5个月的时间,绕金星飞行了15018圈,运用先进技术透过浓云密雾,对金星表面的98%地貌进行了测绘,使我们对这一行星有了前所未有的认识。

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