天问二号探测器是我国行星探测任务的第二个星际探测器,整个任务周期很长,从发射升空到任务结束,差不多需要10年时间,是我国航天史上时间最长的一次任务。
天问二号的目标之一是小行星2016HO3,按照计划,天问二号探测器在抵达这一颗小行星附近后,就会对其进行伴飞,在这个过程中会对小行星进行探测,然后在合适的时机从小行星采集样品,并将样品带回地球。在完成样品返回地球后,天问二号探测器还将变轨飞到更远的主带彗星311P开展科学探测。
现在天问二号小行星探测器已在轨运行超过1个月时间了,它与地球距离也超过了1200万公里。在飞行过程中,天问二号探测器不断传回各种数据以及照片,国家航天局现在公布了天问二号探测器拍摄的地月影像图,基于天问二号探测器配置的窄视场导航敏感器成像。
这次官方公布的照片是天问二号探测器在距离地球大约59万公里的宇宙深处拍摄到的地球画面,以及距离月球大约59万公里远的月球照片。这些照片在传回到地面以后,科学家对其进行了处理。
这不是我国星际探测器第一次拍摄地球、月球的照片了。在2020年7月,我国发射了天问一号火星探测器,当天问一号探测器飞到距离地球大约120万公里的宇宙深处时,它回眸看了一眼地球家园,顺便拍下了地球、月球的照片。
由于当时天问一号探测器与地球的距离实在是太遥远了,所以地球、月球看起来很小,地球差不多相当于指甲盖那么大,而月球就更小了。而且,当时天问一号探测器刚刚好处于地球与月亮都在夜晚的一侧,这一侧的地表、月表还有一部分处于明亮的白天,所以地球、月球看起来就像弯弯的月牙那样。
相比之下,这次官方公布的天问二号探测器拍摄的地球、月球的照片的细节相对来说就更多一些,因为拍摄这组照片时天问二号探测器与地球、月球的距离都大约是59万公里。
画面还原真实宇宙景象
不管是之前的天问一号探测器,还是现在的天问二号探测器,它们拍摄的地球、月球照片中,除了地球、月球反射太阳光显得很明亮外,画面中其他区域都是黑不溜秋的,深不见底的那种黑。
这其实就是真实的宇宙景象。不仅是我国的探测器,日本的“韧性”号月球着陆器在2月份拍摄的地球、月球照片中,地球、月球也是格外显眼,除了地球、月球外的区域都是黑不溜秋的。
美国还公布了很多宇宙的照片,有一些照片中的宇宙景象和我们现在看到的画面截然不同。例如美国公布的哈勃望远镜传回的照片是五颜六色的,非常漂亮,并不是一片漆黑。这是怎么回事?哪个才是真实的宇宙景象?
我们的天问一号、天问二号、日本的“韧性”号月球着陆器拍摄的画面其实是真实的,是相机直接拍摄的宇宙照片。而这些相机功能相对来说比较单一,拍摄的画面是很有限的,有一些景象没法拍摄到。
因为除了可见光外,还有不可见光,也就是说有一些“光”是我们肉眼没法直接看到的。我们最常说的不可见光就是红外线、紫外线、X射线了,如果没有借助特殊的设备,我们看不到它们,但在特殊的设备下,这些不可见光就会暴露出来。
哈勃望远镜这些天文望远镜的功能远比一般的望远镜、相机大得多,它们不仅可以记录那些肉眼可见的可见光景象,还能记录那些我们肉眼看不到的不可见光景。当然,这些望远镜记录了这些不可见光的景象以后,我们也是没法直接看得懂的。
科学家在拿到望远镜的数据、画面后,需要对其进行处理,其中一个工作就是对其进行“伪色”处理,简单地说,就是使用不同的颜色来代表不同频率的信号,这些肉眼不可见的信号就会以照片的形式呈现出来了,让我们可以一目了然地看到这些信号在宇宙中的分布情况,让那些看起来“杂乱无章”的信号变得直观。
当然,这些信号进行“伪色”处理以后,并不是说那些不同频率的信号就是这样的颜色,而是科学家采用了处理手段让这些不可见光的景象“可视化”。这其实也算是真实的宇宙景象,只是通过特殊的方式呈现出来。如果不这样进行处理的话,我们一般人还真的看不懂不可见光景象的宇宙到底是怎么样的。
如果大家想说NASA骗了我们其实也是可以的,因为在进行“伪色”处理本身也是有一定的主观性,因为是科学家采用不同颜色去表示不同频率的信号。当然,也可以认为这不算是骗了我们,毕竟这些不可见光景象是没法直接呈现的,需要进行处理才能更加直观。
返航需经受近3000℃灼烧
天问二号探测器发射升空已经一个多月时间,预计在2027年底,天问二号探测器才会带着小行星样品返回地球。在接下来的两三年时间内,天问二号探测器会继续飞向小行星,然后对其伴飞、采样,再返回地球。
和月球取样返回地球任务不同,天问二号探测器的采样过程相对来说可能会复杂一些。科学家为天问二号探测器设计了悬停、触碰、附着3种采样方式。在采样过程中,如果发现小行星表面属于“砂石堆”型松散结构,探测器将会采用“触碰”方式进行采样。
而如果小行星表面是坚硬表面的风化层颗粒,探测器就会采用“悬停”的方式进行采样。如果条件允许的话,天问二号探测器将会尝试“附着”采样,最后的“附着”采样方式可以让探测器采集到更多样品。每一种方式都具有独特性,不同的方式挑战性也会不同,附着采样的方式可能会更难一些。
而在完成样品采集任务后,探测器的任务还不算完成,因为还需要将样品安全送回地球。这本身也是一个巨大的挑战。因为探测器飞行速度相当快,它将以12公里每秒的速度重返地球,这比之前的嫦娥五号、嫦娥六号返回地球的速度更快,已经超过了地球第二宇宙速度(也称逃逸速度,大约为11.2公里每秒)。
这是我国探测器第一次以超过11.2公里每秒的第二宇宙速度返回地球的任务,这本身就存在很大的挑战性,而且探测器将会采用弹道式再入大气层的方式重返地球。由于速度比之前的嫦娥五号、嫦娥六号返回器的速度更快,所以再入大气层的时候,气动加热效应会更加强烈,探测器外部的温度会更高。
像之前美国的猎户座飞船在完成环绕月球飞行任务返回地球时,它的速度接近地球第二宇宙速度11.2公里每秒,外部温度就已经接近3000℃了,当天问二号探测器返回器以12公里每秒的速度再入地球大气层时,温度也会接近3000℃。这对探测器返回器的防热、隔热、结构强度以及气动过程的稳定性等设计提出了更高的要求,挑战性远比以往的任务更大。
虽然返回地球过程中会经受接近3000℃高温灼烧,但这个问题不大。因为此前我们的嫦娥五号、嫦娥六号探测器也曾经以接近地球第二宇宙速度的极速重返地球,在这方面的技术我们已经很成熟了。
而在天问二号任务中,科学家为天问二号探测器返回器设计了“球锥大底+单锥后体”构型,当探测器返回器以12公里每秒的速度重返地球时,能够经受极高温度的灼烧,也能够确保探测器的飞行稳定性。