走過千山萬水,只為敲開鄰居的門——為什麼水星那麼近卻那麼難去

科學火箭叔 發佈 2024-04-30T11:14:10.160485+00:00

打個比方,地球和水星之間的最短距離是7700萬公里,而地球和木星之間的最短距離卻有5.88億公里,幾乎是前者的7倍,所以你真要這麼來體現的話,屏幕就不夠用了。

這是我們的太陽系,地球隔壁是火星和金星,地球隔壁的隔壁是木星和水星。這個模型,尺寸比例和位置關係都是正確的,但是真實的距離比例卻很難表現得出來。打個比方,地球和水星之間的最短距離是7700萬公里,而地球和木星之間的最短距離卻有5.88億公里,幾乎是前者的7倍,所以你真要這麼來體現的話,屏幕就不夠用了。

好,為什麼講這個?因為同樣是隔了「一棟樓」的鄰居,水星和木星,在人類太空探索計劃上的地位,卻懸殊巨大。

首先,我們是先去了木星然後才在次年的1974年去了水星,儘管後者比前者要近得多。其次,就在同一年,木星再一次被人類翻了牌子,往後更是不斷的翻牌子:1974年,第二次訪問;1979年,連續訪問了兩次;再然後是1992年、1995年、2000年和2007年又又又又去了。

但反過來看看水星呢,自從1974年被水手10號飛越過一次之後,30年間,無人問津,冷板凳是坐的扎紮實實的。甚至還不如那些更遠或更小的太陽系外圍行星與小行星、彗星了。為什麼?

因為人類從來就喜歡揀軟柿子捏嘛,哪裡簡單先去哪裡,最後再來啃難啃的骨頭。

對了,水星就是那個難啃的骨頭。

表面上看起來,它甚至是平均距離挨我們最近的行星,但是在造訪難度上,卻是太陽系行星之最。這是因為......它不是坐著冷板凳,而是踩著風火輪。

離太陽最近,以至於表面溫度高達430攝氏度,使任何想要接近的探測器都需要認認真真的思考一番。但這就是主要原因了嗎?顯然不是,更大的威脅不是來自它,而是來自太陽。

由於巨大的質量帶來的巨大引力,任何飛向太陽的探測器都必將被太陽拽出極高的速度來,當它們到達水星附近想要停在這裡的軌道上時,就需要付出驚人的剎車代價了。

我們都知道,太空中剎車,只能靠火箭反推,想要減去的速度越多,就必須要消耗越多的燃料,這就意味著,探測器上一開始,就要帶上更多的燃料才行。科學家一算,想在水星軌道上剎住車,燃料質量必須要占探測器整體質量的85%以上才有可能。要在剩下的15%里安排上各式各樣的科學儀器、必要設備和探測器本身,從設計到成本都是吃不消的。

更別說,還有發射了。

為了對抗太陽的巨大拉力,水星自身,就必須以高達17萬公里的平均時速奔跑才行,這可是每秒47.4公里的成績呀。你想要圍著人家轉,不也得將自己的成績提高到這種水平才行嗎。

但是,人類目前用火箭推出過的最好成績,是新視野號的16.26公里每秒。想要再推得快一點,就需要更大的火箭、堆更多的級數、裝更多的燃料才有可能。

你看,這是不是陷入循環了——裝更多燃料才能飛得更快,飛得更快就需要更多的減速,更多的減速需要更多的燃料,更多的燃料增加了更多的重量,於是就還要裝上更多的燃料才能維持一開始的速度......所以,不現實。所以,30年裡,沒人願意去碰水星了。

直到,一條曲線救國的方案最終被NASA採納。

為什麼要說最終呢?因為這個方案,早在1985年就被設計了出來,但直到1998年才被NASA認真考慮,發現確實可行之後,最終促成了2004年,「信使號」水星探測器的發射。

結果它什麼時候才到的水星,2011年,整整在宇宙當中飛行了6年7個月,才串門到了咱們隔壁的隔壁。

誒,它會不會跟你一樣,上班摸魚去了。其實沒有呀,人家可是兢兢業業的飛過了79億公里,才來到目的地的。怪了不是,我們一開始就說了,水星那是近鄰呀,最短距離只有7700萬公里,這信使號多走出來的78億多公里,到哪兒去了呢?

全用在繞著幾顆行星拉贊助了,拉得什麼贊助,引力贊助。

說白了,就是靠幾顆行星的引力彈弓效應來幫助自己加速和改變軌道,從而逐漸靠近水星,間接著實現自己的目的。

整個7年間,它會繞著太陽轉上15.2圈,一次划過地球、兩次划過金星、三次划過水星,到了第四次,才會減速靠上去。於此同時,被它白嫖的,還不只引力。為了減少自己在踩剎車時的消耗,它還偶爾會利用行星的大氣層與太陽的輻射壓,也就是太陽風來幫自己減減速。看起來是要把所有的便宜占盡才肯罷手呀,這精打細算的水平,真不是一般人幹的!

還真不是一般人,設計出這條曲折的軌道的,是一位英文名叫 Chen-Wan Yen 的JPL,也就是噴氣推進實驗室的工程師。女性、亞裔、名字一看就是中文的音譯,果然,台灣出生,智慧的東方人。

終於,人類可以圍著這顆神秘的星球看個夠了。

原本只計劃工作一年,拍攝1000張高清照片的信使號,最終,超額工作到了第四個年頭,拍下來的照片,更是多到讓工程師們睡覺都要笑醒的程度,一共超過了20萬張。為我們提供了一個水星完整的樣貌,從外觀到內核,從地質構成到磁場特徵。它這一趟,不虧。

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