發射衛星靜候星際天體?守株待“星”也非易事

張 曄

2020年06月03日09:16  來源:科技日報
 

  2017年10月,太陽系第一顆星際天體“奧陌陌”闖入人們的視線,轉悠了2個月后,它便逃離太陽系飛向宇宙深處。2018年12月,太陽系迎來了第二顆星際天體——“鮑裡索夫”(Borisov),不久前有報道稱這顆“天外來客”可能正在解體。

  一次又一次錯過“親密接觸”的機會,讓人既無奈又倍感惋惜,畢竟這樣的機會千載難逢。

  近日,在美國麻省理工學院的一項研究中,研究人員提出利用太陽“彈弓”技術攔截星際天體,這項研究或為實現近距離觀測星際天體提供可能。

  利用“彈弓”迎客

  雖然人類目前發現的星際天體隻有2顆,不過科學家認為這種“拜訪”在太陽系內每年都會出現十幾次。

  在地球上觀測星際天體很難嗎?僅憑現有技術確實很難。

  首先,星際天體的尺寸非常小,比如“奧陌陌”,它的直徑隻有160米﹔其次,星際天體的飛行速度非常快,“奧陌陌”沖進太陽系的速度在每秒26千米,“鮑裡索夫”則為每秒32.2千米,想要在觀測的最佳時間段內追上他們,僅憑現有技術難度很大。

  或許,向星際天體發射衛星可以給近距離觀測帶來希望。

  美國麻省理工學院航空航天系助理教授林納雷斯(Linares)提出,可以利用“動態軌道彈弓”與星際天體交匯,來替代傳統空間飛行任務。之所以被稱為“彈弓”,是因為按照設想,衛星、星際天體的運行軌跡和太陽會形成類似彈弓的形態。

  林納雷斯的計劃,是發射一組靜態衛星,從地球軌道轉移到太陽系邊緣軌道。當到達太陽系邊緣時,衛星依靠太陽帆平衡太陽風的壓力和太陽的引力,保持相對靜止狀態,等待“天外來客”到訪。

  按照設想,一旦星際天體出現,在合適的時刻,衛星就收起太陽帆,朝著太陽墜落,墜落過程中衛星速度會變得極快。與星際天體交匯時,衛星會降速以匹配天體速度。在這段短暫的交匯時間裡,衛星可以在最接近天體的距離內,抓拍到近距離照片。

  如果“動態軌道彈弓”的設想變成現實,那麼衛星近距離拍攝到的照片就可以為科學家研究星際天體提供牢靠的基礎。

  不過,中國科學院紫金山天文台研究員季江徽認為,研究者提出的太陽系邊緣概念含糊:“他們沒有界定太陽系邊緣到底是什麼位置。事實上,科學界對太陽系邊緣還沒有一個確切的定論。一般天文學家認為奧爾特雲是太陽系的邊緣。也有人將太陽風與星際介質相互作用所形成的、距離太陽80—150個天文單位(一個天文單位約為1.496億千米)的邊界區域稱為太陽系邊緣。”

  2016年,霍金提出“攝星計劃”,旨在打造光帆動力晶片飛船,探索距離太陽系最近的恆星系統——半人馬座比鄰星。2019年,由英國領導、22國參與建造的“彗星攔截者”探測器計劃,在2028年將探測器送入距離地球150萬千米的軌道“守株待彗星”。中國科學院空間科學先導專項中也布局了類似概念的預研項目,來探測星際天體或長周期彗星。

  這麼看,“運態軌道彈弓”也不是什麼新鮮事。

  許多問題亟待解決

  受限於目前的探測能力,太陽系邊緣對於我們來說似乎太過遙遠,在地球上操控衛星讓其追蹤星際天體,有很多問題值得商討。

  一束光線從太陽出發到達地球需要大約8分鐘,太陽到地球的平均距離為一個天文單位,假設衛星要到達距離地球100個天文單位的位置,信號傳遞大約需要13個小時,一來一回就是26個小時。“從發出信號到接收信號,需要花費一天多時間,所以數據傳輸非常困難。”季江徽說。

  失之毫厘謬以千裡,在無邊無際的宇宙中,哪怕是短暫延遲都會對預期結果產生巨大的影響。

  還有一個問題,就是如何確定星際天體的位置。季江徽把天體定位比喻成大海捕魚:“星際天體可能在太陽系任何一個方向現身,我們不知道它會什麼時候來,會在哪裡出現。”

  除此之外,能源供應、打造面積與質量之比極大的太陽帆等技術問題都會成為捕捉星際天體的“攔路虎”。這些問題亟待科學家解決。

  雖然技術問題尚未攻克,不過季江徽認為此舉對我國航天事業發展具有借鑒和推動意義:“我國科學家提出了太陽系邊際探測計劃,也就是在2049年時我們國家的航天器要到達100個天文單位以遠的太陽系邊際探測。打造類似的航天器,會給我們在新材料、能源、太陽帆推進、遠距離行星際通信等方面的研究帶來極大的牽引作用。”

(責編:趙竹青、呂騫)