旅行者太阳能系统指南


快照:地球-迈克·马拉斯卡,金星-维纳斯14(IKI RAS),泰坦-惠更斯(ESA),火星-精神(NASA),月亮-阿波隆17(NASA),小行星丝川-ab鸟(JAXA),楚柳莫娃彗星-Gerasimenko-菲拉(DLR / CNES),小行星Ryugu-MASCOT(DLR / CNES)。

一个人总是被未知的距离所吸引-这就是让人们参观这个星球的各个角落并将痕迹留其表面83%上的原因。 当地球上尚未探索的地方结束时,拓荒者们重新审视了太空-“最前沿的边界”,它不仅向我们保证了新知识,而且向人类提供了永生。 尽管到目前为止,来自太阳系所有天体的人们只能访问其中一个-月球-甚至那时只有12位代表的人,但自动探测器已经访问了8个物体 ,还有4个残骸留下了残骸。 让我们看一下所有这些探针记录的条件,它们从铅融化,甲烷和酒精的河流流向太空的地方接收到的图像,声音和视频。


月球



1966年2月3日,在Luna-9降落平台上获得了月球表面的第一张图像(单击以查看完整的全景图)。

月亮是离地球最近的太阳系的物体-靠近月球的地方只有有时会“漫游”的小行星 。 毫不奇怪,人们在月球上拜访,附近的小行星一段时间以来一直是NASA的下一个目标,然后才出发前往火星。 但是为了支持返回月球轨道而取消了这些任务。

最初,科学界对月球表面是否坚固或是否被万用表层灰尘覆盖有激烈的争论。 甚至有传说说,科罗廖夫必须在笔记本上写下“月亮很坚硬”一词并签名,以制止这些纠纷,并最终制造一种登陆月球的装置。 传说离真相不远,只有现实中的笔记文本更长一些:



在第一批自动装置降落在月球上之后,事实证明其表面的尘埃厚度比悲观估计的厚度小几倍,因此决定放弃使用充气气球和扩张花瓣的复杂结构,转而使用小面积的传统支撑。 自动驾驶汽车和首次载人飞行任务在一个非常无聊的地方捕获了月球:大小不一的陨石坑的单调灰色斜坡相互替换,并在平原上穿插了一些石块。 从地质学上讲,月亮也没有生命。


Buzz Aldrin在月球上安装第一个地震仪时的照片,在他的工作期间(从7月21日到8月25日),他发现了约100滴陨石,但没有发现一个“月震”。

只有最后一次载人前往月球的任务,以及作为该任务一部分访问月球的唯一科学家,才发现了真正有趣的东西。 这是橙色的土壤 ,它讲述了过去月球上火山活动的存在。 随后,发现了类似的1800万年前的痕迹-在地质时间尺度上“一无所有”。 这使我们认为,未来极有可能发生月球爆发,但从人类的生命规模上不应该指望它们。



月球尘埃并没有像陆地“魁北克”的模拟物一样,吞噬着陆装置,就像他们以前所担心的那样,但是,它却带来了另一种威胁:事实证明,尘埃由非常锋利的粘性颗粒组成,很容易粘附在机械设备上并导致其快速磨损。 更重要的是,它们刺激了宇航员抱怨肺部和皮肤。 火山岩对地球上的人造成相同的影响,但在这里它们易于快速侵蚀,而在月球上由于缺乏大气,这些岩很长时间都不会失去其有害特性。


在第三个退出月球表面后的阿波罗17号套装。

但是正如他们所说的“没有银线”:在月尘发现了一个非常有趣的特性 :在月球白天,其粒子在太阳紫外线辐射的作用下获得电荷,并在电排斥力的作用下上升到月球表面,从而在该区域形成一种“阴霾”地平线。 这种效应被认为是导致Lunokhod-1角反射器消失以及LRO卫星图像中宇航员迹线逐渐消失的原因。


来自Surveyor-6着陆器(1967)和LADEE探测器(2015)的终结者照片。

最近,印度的仪器在地球卫星上发现了水冰。 尽管它在月球土壤中的浓度很小,但它位于几米左右的深度,其量(约6亿吨)不足以进行严肃的工业生产,它可以简化在月球上建立科学工作站的过程。 因此,尽管月球被证明是死气沉沉,不那么好客的地方,但从科学的角度来看,它却为研究人员带来了许多惊喜。



金星


撞击地球自动探测器的下一个物体是金星。 她在大小和组成上都相似,因此被称为“地球之姐妹”,但其表面条件完全不同。 最早进入金星大气层的装置是1966年3月1日,金星。 但是由于低估了地面的巨大压力,第一个设备在下降期间被压碎了。 因此只有1970年12月17日的金星7号表面上没有受到伤害。 在20分钟内,该设备设法传输数据,根据该数据,表面温度约为475°C,压力约为90个大气压。


用金星9号,13号和14号探测器从地球上拍摄的照片(登陆发生在1975年10月22日,也发生在1982年3月1日和5日)。

金星9号于1975年10月22日降落在行星表面,并从其表面传输了第一张照片。 但是,第一架登陆艇获得的数据实际上排除了检测金星上生命的可能性,从而减少了探索该星球的热情。 对维纳斯水面的最后一次访问是在1985年6月15日降落在那里的Vega-2着陆器。 从那以后,金星的研究仅从其轨道进行,而且热情低得多。

然后我们了解到,金星和地球的共同点比最初的研究显示的要多得多。 飞越金星的伽利略探测器成功地探测到了花岗岩和其他岩石,这些岩石和其他岩石是在水的作用下在地球上形成的,表明过去在邻近星球上存在开放水域。 但是,早些时候飞往金星的麦哲伦在几年内制作了几乎整个行星表面的雷达图,并确定最近几乎没有侵蚀。 这表明大约5亿年前,在阳光的影响下,金星上的所有水分解为氧气和氢气,此后,来自大气的几乎所有氢气都被太阳风带走。

现在金星是一个真正的地狱,在高层大气中的飓风为300 km / h,在中间层的硫酸云雾和雨水,在较低层的压力和温度非常大。 但是现在我们可以肯定的是,情况并非总是如此,过去的金星确实与地球相似。 除其他事项外,借助金星快车(Venus Express)探测器,在行星上发现了每天10分钟行进的雷暴雨,以及在南极地区发现的巨大的双重大气旋风,大约每2天就会坍塌并重新出现一次。

火星




我们对火星的看法也发生了巨大变化:在太阳系普通行星的开始,乔瓦尼·夏帕瑞(Giovanni Schiaparelli)在1877年发现了许多通道 ,从赫伯特·威尔斯 Herbert Wells)的 世界大战》(War of Worlds)和阿列克谢·托尔斯泰 Alexei Tolstoy)的《 Aelit》作品变成了垂死文明的天堂。 但是在1971年水手号9号探测器进入火星轨道后,事实证明,夏帕瑞瑞(Schiaparelli)发现的所有通道只是一种光学幻觉,在一般人的眼中,火星从赛勒斯·布列雪夫(Cyrus Bulychev)的身上迅速变成了一颗毫无生命的行星:

Shelezyak星球:没有矿物质,没有水,它是机器人居住的地方。


从好奇号流浪者山上的夏普山基地的视图。

但是除了无生命的荒地之外,Mariner-9还发现了一些非常有趣的东西-人造图像代替了人工河道,而古代河流的河道在地球图像上可见。 科学家建议说,它们是在前几亿年的火星上形成的,事实证明这是正确的。 但是,由于后来有了MAVEN探测器,人们才知道它,十亿年前的红色星球上就有液态水。 甚至在更早的大约40亿年前,地球上还存在着一个陆地大西洋相当的海洋,该大陆几乎占据了整个北半球。 那时火星上有太多的水,如果它能均匀地分布在整个表面上,深度将达到140米! 即使到现在,供水也可以覆盖35米的高度。

对火星的误解并没有就此结束。 当Viking-1降落平台从火星表面获取第一张彩色图像时,NASA立即发布了这些图像,但随后该项目的科学家对其相机的校准产生了怀疑,他们决定通过使图像更红色来“修复”这些图像。 随后又进行了几次飞行任务,以便科学家最终了解火星表面和天空的真实颜色,并且在执行所有NASA任务后,将特殊颜色的塑料发送到火星上的火星,以便当场校准摄像机,以防止将来发生此类误会。


来自火星的第一张彩色图像,其“校正”版本和好奇号流动站的校准板。

结果发现,火星上的天空和土壤没有开始时想象的那么红,由于大气中悬浮的尘埃,那里的日落完全是蓝色的,这更大程度地反射了红光,使行星具有“标志性”的阴影。 由于大气层的密度很低,平均仅占地球的0.61%,而在海拉斯平原最深处仅达到1.24%,因此火星上的温差明显大于地球上的温差:冬季两极的温度达到-143°C夏季赤道温度为35°C,平均行星温度约为-46°C。 大气中的二氧化碳含量为95%,其中还包含百分之二的氮气和氩气,以及痕量的氧气,一氧化碳和水蒸气。


2015年4月15日,火星上的日落,俯瞰好奇号火星车的Mastcam。 7分钟内拍摄了4张gif文件。

多亏了发送到地球的探测器和探测车,我们现在才知道在火星表面附近的大多数火星中,水冰的浓度超过10%,在那里周期性地发生雷暴 ,夜间会形成薄云,甚至还会下雪 。 但是,在大多数情况下,行星的表面类似于无生命的沙漠,在沙漠中仅发生沙尘暴。

尽管火星上的侵蚀有效地消除了对人类的尖锐和危险的尘埃颗粒,但地球上仍然存在另一种危险源-土壤中存在高氯酸盐 。 在低浓度下,它们是无害的,但是在火星土壤中存在的浓度下,它们可以抑制人类甲状腺和植物的生长。 因此,与月球一样,水和土壤不能直接使用,尽管它们的清洁方式比月球要简单得多。 但是,火星上的水比月球上的多得多,并且几乎存在于土壤中的任何地方。



木星


木星是一个巨大的气体-一个巨大的星球,主要由氢和氦等轻气体组成。 随着深度的增加,压力升高,气体液化,甚至可能在行星核中变成固体(木星核的结构仍不可靠 )。 因此,由于巨大的压力和温度,地球的设备根本不可能达到这样的深度。 然而,从技术上讲,进入木星大气层及其上层的研究是可行的,并且这是在1995年12月7日伽利略任务期间完成的。


根据伽利略,木星云的三维地图。

木星的巨大重力使这项任务变得异常困难:下降的飞行器必须以47.8 km / s的速度进入大气,峰值载荷达到228g。 为了避免在迎面而来的气流的影响下熔化,在设备总重量的339千克中,温度达到15.5万度,其中有152千克是隔热屏,其中80千克在制动过程中简单地蒸发了。 在大气中制动后,下降模块掉落了隔热罩的残留物,打开了一个2.5米的降落伞,再下降了58分钟,将数据传输到伽利略主探头。



该设备设法将压力固定在23个大气压和153ºC的温度下,此后发生故障。 不幸的是,上面没有相机。 假定该设备仍然只能看到阴霾,并且我们不太可能获得这些图片-伽利略系统传输的大气压力,温度和风速数据总共不到半兆字节。 但是即使没有图像,获得的信息也非常有趣:探针测得的温度和压力比预期的要高,水的浓度和雷暴的发生率要低,氦气的含量比预期的要少2倍。 外层风速与模型一致,达到290-360 km / h。 但是在较低的层(大气压力在1-4个大气压范围内),风急剧加速到大约610 km / h,并且在整个下降过程中一直保持到160 km的深度。

小行星爱神



小行星从1150、700、250和120米的距离拍摄的图片,其侧面的分辨率分别为54、33、12和6米。

2001年2月12日,NEAR Shoemaker探测器成为第一个安全降落在小行星上的地面飞行器。 尽管该设备最初并不是为此目的而设计的,但由于它的低引力,它能够降落在小行星上,这比地球小了约1.5千倍。 到那时,该设备已完成其任务的16 多幅小行星图像,但他再也无法从地表拍照。 但是,由于着陆,事实证明它可以对爱神表面进行更精确的化学分析。 发现了镁,铝,硅,硫,钙,铬和铁。 由于缺乏大气,小行星上的温度几乎与水星上的温度一样突然发生变化:白天温度可能升高到100ºC,晚上温度可能下降到-150ºC。 根据获得的数据,科学家还能够确定爱神星是一个非常古老的天体,最有可能是在约46亿年前太阳系本身形成时形成的。

钛金




钛是太阳系中唯一具有密集大气的卫星-表面的气压是地球的1.45倍。 与太阳的距离是地球的9到10倍,再加上密集的云层将卫星的表面遮挡在地球观察者的视线之外,导致这样一个事实,即到达地球表面的光只有1/3000到达泰坦表面。 多亏了惠更斯号的探测,我们才意识到,就像地球上一样,土卫六上流淌着河流,下着雨。 没错,都是由于同一问题,光量少,这里很少下雨。 但是最有趣的是,由于温度极低(并且在地表附近约为-179°C),所以在泰坦上的液体根本不是水,而是甲烷与其他碳氢化合物混合!

实际上,土卫六上的湖泊和大气中的云层与地面天然气的成分相似,我们在地面天然气上为汽车烹饪和加油。 但是,不要担心这颗卫星会爆炸和着火,因为它的大气中几乎没有游离氧:几乎全部(占98.4%)它都是由氮组成的。 大气中的甲烷平均含量为1.4%,但从对流层的较低层开始,一直到8 km的海拔,其浓度上升到4.9%。 此外,氢气占0.2%,还发现了痕量的乙烷,丙烷,联乙炔,丙烷,氦气,氩气,二氧化碳和一氧化碳,氰基,氰基乙炔,甚至还有氢氰酸



研究表明, 奥尔特云中的彗星来自泰坦大气中的氮源,氢与氘同位素的比率( 1 H / 2 H)表明泰坦大气中的氢起源不同。 此外,尚不清楚甲烷在哪里来自大气,其离子使它具有“标志性”的淡黄色调。 离子本身是在甲烷分解成部分的过程中,受到来自太阳的紫外线辐射的影响。 计算表明,由于这一过程,在仅5000万年中,泰坦大气中的所有甲烷都应转化为多芳烃 (它们的出现是地球生命起源的关键步骤之一)。 , , .

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Deep Impact装置于2005年7月4日首次与彗星接触。没错,这种触感确实很苛刻:370磅重的仪器与Tempel彗星的碰撞速度为10.2 km / s。释放了相当于4.8吨炸药爆炸的能量。该事件是有意进行的,因此与防震探针一起飞行的主要设备可以捕获彗星深处的物质发射并分析其成分。

碰撞后,彗星的气体排放持续了长达13天,其峰值仅在第5天出现。结果,这颗彗星损失了约5000吨水和约10-25吨粉尘。这个比率令科学家感到惊讶,因为他们期望在水的大部分成分中看到冰比灰尘颗粒多。他们的另一个惊喜是,彗星中约有75%是由未填充物质的空白空间组成。由于陨石坑的图像质量不能满足科学家的要求,因此又派出了另一台设备“星尘”(Stardust)来满足这个天体,这确定了由撞击探测器形成的陨石坑的直径高达150米!

小行星丝川




日本专门研制的第一种专门用于降落在小行星上并从中返回土壤的装置是““鸟”。事实证明,该任务有很多故障:在第一次进行土壤采样(2005年11月19日)期间,探针首先停止执行命令,然后在上升过程中进入“安全模式”。尝试在23日再次进行,但收集土壤的命令顺序不再起作用,有可能仅在11月25日进行。但是,已经在11月27日,该设备由于燃油泄漏而再次进入安全模式,最终导致其不受控制的展开和12月8日的连接中断。可以在2006年3月7日之前恢复通信,但是该设备的4个离子引擎中的2个不再工作,而11个电池中的4个也不再工作。但是,样品容器是密封的,Hay鸟可以在这种状态下回去。


带有小行星样品的Hay鸟胶囊进入地球大气层。

在2007年4月25日,她开始向后飞,在此期间(8月29日),她能够重新启动4个离子发动机中的另一个,此后几乎没有发生事故。 2010年6月13日,Hay鸟终于能够向地球输送约1.5千个微颗粒,其大小相当于人发厚度(10微米)的1/10。


Hay鸟获得的一些样品。

根据结果​​,伊藤川曾经是一个较大的小行星的一部分,该小行星在大约15亿年前与另一个天体碰撞时坍塌了。所获得的样品在小行星表面上花费了大约800万年,它们是分布在地球,月球和火星上的橄榄石和辉石类型的矿物,其中一些是LL陨石,在陨石中被发现。

楚留莫夫-格拉西缅科彗星




菲莱探测器首次在彗星上进行了软着陆,随后是罗塞塔主装置。菲莱不是很幸运降落:本来可以将他拖到水面的火箭发动机无法工作。鱼叉也无法固定探针,这就是为什么最终将Philae固定在地面上的支架上的钻头也没用的原因。结果,探针弹起,翻过表面并掉入一个缝隙,在缝隙中其太阳能电池板无法再为其提供能量。但是,根据Philae项目的科学家所说,80%的研究计划已得到实施

, 75-85%, , 3 . , , , , , , /. , , . « » , . . : 100°C -243℃在阴影下。

水星



比较水星(左)和月球(右)而不考虑水垢(月球的尺寸大约是水星的1.4倍)。

汞也是一个非常有趣的研究场所,但是对我们来说,汞比太阳系的任何其他物体都要困难。 因此,这颗行星上尚无软着陆,但当Messenger探测器于2015年4月30日撞向水星表面,完成其4年任务时,这一点很难。 根据NASA专家的说法,探针在撞击表面时以3.912 km / s的速度移动,并形成了直径约16米的陨石坑。 他总共收集了超过27万张图像和一整套科学数据。

由于它靠近太阳并且质量很小,因此水星几乎失去了整个大气层。 它从地球的压力约为10 -14 ,总质量约为10吨。 这使行星表面的环境变得非常荒凉:白天,其表面温度上升至+ 427°C(略低于金星),而在夜间,温度下降至-173°C(如泰坦峰)。 尽管太阳的吸引力非常强烈地影响着水星,但它绕轴旋转的速度并没有减慢到轨道的旋转速度,而是与之共鸣2/3,因此水星在太阳上的日数约为176地球。 此外,最靠近太阳的行星以太阳系中最大的陨石坑之一而闻名,直径达1,500公里,形成该陨石坑需要的能量相当于四千亿吨的玉米饼!

过去,水星上的火山活动在35亿年前就已终止-比月球早得多。 但是,信使号能够确定地球上的地质活动的最后痕迹可追溯到五千万年前 。 此外, 2012年,在水星两极附近的区域发现了水冰,那里的阳光从未到达。 结论是可悲的:我们知道的生活不可能在这种情况下存在。

土星


2017年9月14日,莫斯科时间,卡西尼号探测器从距土星63.4万公里的距离拍摄了这张照片,之后与之的连接被切断。 图像分辨率约为每个像素17 km。

卡西尼号并非旨在进入土星的大气层,而是被送往那里只是为了防止地面微生物可能会污染其卫星,这些微生物理论上可以在探测器进行将近20年的飞行任务后继续存在。 同时,该设备收集了大量有关土星的信息。 例如,这颗行星上的一天持续10小时33.5分钟,并且旋转轴与磁场轴的偏差仅为0.01º。 他还设法记录了天然气巨人的磁场“发出”的声音,并在“土星六边形”附近进行了研究-北极的一场巨大风暴。

小行星龙宫



来自小行星表面的MASCOT探测器图像。

今年2月21日,小行星第二次降落。 任务是前往日本的Hay鸟2号装置。 这次,不是一次飞行着陆器,而是一次飞行了四架:JAXA和会津大学的Rover-1A和Rover-1B,东北大学的Rover-2和德国航天局DLR和法国CNES的旧合作的MASCOT。 目前,该设备已经对土壤进行了采样,并对着陆车辆进行了排放,目前正在为前往地球的旅程做准备。 现在,科学家仅在处理数据,到明年年底,将带有Hayabusa-2土壤样本的胶囊放到地球上。 因此,目前我们正在等待有关该小行星的新信息。

小行星本努


小行星本努(Bennu)应该成为地球飞行器所在的下一个天体:目前,OSIRIS-REx探测器计划于明年7月4日降落在小行星上以进行土壤收集,并将于2023年9月24日交付地球。

宇宙郊外的交响乐团


尽管我们无法直接从巨型行星的大气中获取图片和声音,但是由于有一对旅行者,我们能够记录那些发出磁场的声音 。 但是更有趣的是其他物体发出的声音-中子星:


作曲家的宇宙艺术不是很令人印象深刻,但显然没有剥夺“节奏感”。


关于大气成分的更详细的数据。

研究表明,天然气巨头的命运是相似的,而地球行星的发展却大不相同,尽管它们是从相似的州开始进化的。 对我们来说,也许最重要的发现是在太阳系中没有一个像地球一样舒适的生活场所。

现在许多人说,航空航天使我们无法专注于地球上的问题,但实际上并非如此。 以下是尼尔·德格拉斯·泰森(Neil Degrass Tyson 在评论阿波罗计划的结果时指出的内容 :1970年, 地球日首次庆祝,后来在1971-1973年成为国际性节日,美国在1970年采用了清洁水和空气法案。国家海洋和大气管理局( NOAA )和美国环境保护局( EPA )也成立了。 1972年,美国禁止使用杀虫剂DDT四乙基铅作为燃料添加剂,并于1973年出现了催化转化器 (减少向大气中排放的有害气体),对于大多数早在1975年的汽车来说,就必须强制安装该催化转化器

“只有登上月球,然后从那里往回看,我们才为自己发现了地球。”

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN469725/


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