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價值700億億美元!靈神星上到底有什麼?讓NASA迫不及待前往探索
2023/03/17

美國宇航局NASA準備在今年10月份發射一顆小行星探測器來探測靈神星,靈神星只不過是我們發現眾多小行星的其中之一,它到底有什麼獨特的地方居然能讓NASA為它單獨發射一個探測器呢?

太空中的靈神星

靈神星簡介

靈神星的公轉軌道位于離我們比較近的火木小行星帶中,這個小行星帶中比較有名的小行星除了有靈神星之外,還有我們比較熟悉的谷神星和灶神星。

圖中白色區域為靈神星所在的小行星帶

靈神星和谷神星一樣發現時間比較早,它是1852年3月17日由一名來自意大利的天文學家加斯帕利斯所發現。在發現靈神星之前,這位天文學家已經發現了4顆小行星,此后又發現了4顆,而發現靈神星卻使他名垂天文史冊。

意大利天文學家加斯帕利斯,他的一生共發現了9顆小行星,為了紀念他的貢獻,將小行星4279以他的名字命名

盡管靈神星的外表像一個土豆一樣丑,但它的名字背后卻有一個很美的故事,靈神星的國際名字叫「16 Psyche」,Psyche來源于古希臘神話中的靈魂女神普賽克,這位美麗的神仙出生時是凡人之身,後來在克服種種困難后嫁給了愛神丘比特,科學家給它這樣命名它想必也是希望給它寄托不一樣的屬于天文學的靈魂意義吧。

長得像土豆一樣的靈神星

這顆小行星繞自己的自轉軸轉動一圈僅需要4個小時,一個地球日它就能自轉6圈,但它繞太陽一圈卻需要5年,相當于我們在地球上過了5個新年靈神星才繞太陽走了一圈。

靈神星和其它小行星對比圖,按體積前三排序分別為灶神星、靈神星、司琴星

靈神星的個頭比起正常的行星來說確實不算大,就是比冥王星也要小了許多,也就相當于美國的馬薩儲塞州一般,但它的品質卻不小,單它一顆小行星就占了小行星帶天體總品質的0.6%,這樣就導致它的密度非常大,天文觀測顯示靈神星是由鐵和鎳組成的,幾乎沒有大氣層,其地表也沒有水或者其它物質,所以對于人類來說,這好比一個飄蕩在太空的中大礦石。

靈神星與美國馬薩儲塞州對比圖

之所以會有這麼神奇的特點,科學家給出的解釋是靈神星可能是一個更大行星的殘骸,在原行星遭受某種原因的撞擊后粉身碎骨,其大部分碎片撒在了小行星帶,但原行星的鐵鎳核卻牢牢的粘在了一起而沒有變得更碎所以留了下來,這就是我們今天所看到的靈神星。

靈神星和月球對比圖,其中最左邊的16 Psyche為靈神星,最右邊的灰色圓球為月球

為了對靈神星作進一步的研究,美宇航局NASA計劃將在今年10月份發射科學探索器來揭開靈神星神秘的面紗。

為什麼美國宇航局要前往16 Psyche?

靈神星在小行星圈子里有個獨特的外號叫「大丑富」。靈神星的「大」我們剛才已經說了,它的「丑」除了有一個土豆一樣的外形之外還長了一張麻子臉,好像月球背面一樣坑坑洼洼,原因就是靈神星所在的軌道上有太多的「碎屑」,加上靈神星本身的品質足夠,這些「碎屑」在萬有引力的作用下不停地砸向靈神星而導致其表面凹凸不平。

2019年利用超大型望遠鏡拍攝的靈神星照片

而靈神星的「富」,就像剛才所說的,由于靈神星的組成成分基本上全部是鐵和鎳,所以如果能把給開采完畢的話能獲得將近700億億美元的財富,而現在全球的GDP總和也才110萬億美元,所以這是一筆極其誘人的財富。

靈神星表面藝術圖

更為令人驚人的發現是這顆小行星并非像金屬合金般那麼的致密,而是像石頭一樣堆積而成的,所以把它看作成一個礦的話,挖這個礦的難度是非常低的、也是非常經濟的,但這個發現也是只是根據現有的觀測結果作的理論分析,靈神星是否真的像理論上那麼樂觀,就需要發射航天器一探真偽。此次專門為探索靈神星而發射的探測器的名字就叫「靈神星探測器」。

靈神星的表面地形圖

靈神星探測器是什麼

探測靈神星計劃最初源于1992年時候NASA的一個代號為「發現」的項目,該項目旨在用最經濟實惠的方式來探索地月之外的深空天體。由于該項目立項的初衷就是追求性價比,所以靈神星探測器當時獲得的預算也不太高,僅僅4.5億美元。

NASA為靈神星探測任務設計的LOGO

經費的原因在一定程度上限制了探測器的體積不能做的太大,但是該有的儀器設備探測器是一個不缺,而且本次探測NASA也是把該用的新技術都用上了。

還在制作過程中的靈神星探測器

靈神星探測器的尺寸為3米×2.4米,相當于一個寬一點的小汽車,它的太陽能電池板完全展開后將有一個羽毛球場大,這可以使它源源不斷地將太陽能轉化為它工作所需要的電能,更重要的是它的太陽能電池板也是采用比較領先的技術。

靈神星探測器飛行工作概念圖

這種新型太陽能板可以將產生的電能激發氙氣源并將氙氣轉換為氙離子,氙離子再被排出去以提供更為強勁的推動力。而且靈神星探測器所搭載的三大科學儀器將為它增添不一樣的特點:

第一個是用于探測小行星磁場的磁力計,由于科學家認為靈神星是一個更大行星的地核殘骸,所以科學家相信靈神星具有和我們地球一樣的磁場,研究靈神星的磁場將有助于幫助我們深入認識我們地球磁場的變化規律;第二個是用來區分靈神星金屬和硅酸鹽組成成分的多光譜成像儀,該裝置可以提供更高分辨率的圖像用來分析靈神星的物質組成;第三個則是中子光譜儀,這個光譜儀也可以監測伽馬射線,用來協助磁力計共同探測靈神星的元素組成以及增強磁力計對電磁場的精確度數。

靈神星探測器三維立體圖

通過以上三大儀器的聯手工作將幫助科學家確定靈神星的年齡問題以及成因問題,進而確定靈神星的形成是是否也與我們地球相似。如此先進的儀器將產生海量的數據,要從幾千萬公里外的地方傳回地球也需要很長的時間,所以靈神星探測器還搭載了一種更為先進的激光通信技術。

空間激光通信技術

這種新技術名為名為「空間激光通信」,可以利用激光把數據進行光子編碼而不再是普通的無線電波編碼,盡管利用光子傳輸數據不能加快數據的傳播速度,但可以提高數據的攜帶密度,每秒傳播的數據將呈指數級增加。

飛行中的靈神星探測器

靈神星探測器的任務

NASA原計劃是在2023年10月份左右將靈神星探測器發射出去,目的就是想盡快取得靈神星的數據資料以便科學研究,據靈神星任務的一位研究員透露:該任務自從立項到實施后,其意義已經不限于簡單的探索小行星那麼簡單,而是朝著揭開整個小行星帶的秘密之路邁出了堅實的一步。作為深空探測器,靈神星探測任務的難度系數和時間跨度將超越探索火星,這個任務大致上也可以分為三個主要的階段:

靈神星探測器軌道航行圖

階段一主要是從2021年第一季度開始到2023年10月份探測器成功升空,這段時間主要是航天器的選擇、裝配和測試以及探測器的發射工作;階段二是在靈神星探測器進入太空后進入計算,一直到探測器抵達靈神星并完成一系列的科研任務,這短時間長達3到4年,其中大部分時間主要是探測器在太空航行時間,所以實際的科研時間非常有限;

階段三是靈神星探測器完成科研任務后,科學家開始對數據進行整理、歸檔,并安排航天器的退役工作。如果一切計劃順利的話,靈神星探測器將于2026年1月31日抵達靈神星。

探測器繞靈神星工作軌道圖

探索靈神星將為我們帶來什麼?

除了剛才講到的靈神星豐富的礦藏價值外,探索靈神星最重要的意義莫過于回答「我們從哪里來」這一深邃的問題。科學家曾經猜想在火星外的軌道上曾經還有一顆巖石行星,巖石行星又稱「類地行星」,它是指基本結構和組成和我們地球一樣或者相似的行星,八大行星中挨著太陽比較近的前四顆行星均為類地行星,類地行星也是我們尋找系外宜居行星的一個重要參考因素。

科學家猜想中的這顆巖石行星曾因為不明原因而被肢解形成了數以萬計的小行星,不然也無法解釋火木軌道為何距離如此的巨大。

太陽系的四大類地行星,從左到右依次為水星、金星、地球、火星

作為這顆假想行星最大的殘骸,靈神星身上蘊含了太多的秘密和問題:靈神星的核心是固體的鐵鎳核還是流動的?如果靈神星曾經融化過,它的融化過程是怎樣的,由內到外還是由外到內?靈神星的組成成分和其它類地行星又有何異同?

NASA官方繪制的靈神星

如果能回答以上的問題,這將幫助我們在未來更為確切的回答我們的地球以及水星、金星和火星最初是怎樣形成以及演變的,更加深遠的是,我們亦可去追問一個人們更關心的問題:未來的地球何去何從?

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