67P/丘留莫夫－格拉西緬科彗星（俄語：67P/Комета Чурюмова — Герасименко；又譯為楚留莫夫－格拉希門克；簡稱：67P）是一顆軌道周期為6.44年，自轉(zhuǎn)周期為12.4小時(shí)的木族彗星，最大公轉(zhuǎn)線速度約為135000km/h(38km/s)，星體最長處約有4.1~4.3km，發(fā)源于柯伊伯帶。它于2015年8月13日到達(dá)近日點(diǎn)，下一次到達(dá)近日點(diǎn)的時(shí)間將是2021年11月2日。與其它很多彗星一樣，它的名字取自發(fā)現(xiàn)者。該彗星為在1969年由蘇聯(lián)天文學(xué)家克利姆·伊萬諾維奇·丘留莫夫與斯維特拉娜·伊萬諾夫娜·格拉西緬科發(fā)現(xiàn)。右圖為由“羅塞塔”飛船拍攝的丘留莫夫-格拉西緬科彗星的灰階照片。
67P是歐洲航天局于2004年3月2日發(fā)射的羅塞塔號彗星探測器的目標(biāo)天體。2014年8月6日，羅塞塔號探測器與目標(biāo)彗星會合，并在同年9月10日進(jìn)入預(yù)定軌道，11月12日，其攜帶的菲萊登陸器成功在彗星上著陸。這是有史以來第一次有人造探測器在彗核上受控軟著陸。
天體介紹
“羅塞塔”飛船對67P/Churyumov-Gerasimenko彗星最新觀測結(jié)果顯示，它并不是科學(xué)家想像的冰層覆蓋的明亮彗星，該飛船裝配的紫外成像光譜儀探測到事實(shí)上這顆67P彗星在某些波長光線下甚至比巧克力的顏色更暗，目前并未探測到任何較大區(qū)域的冰水覆蓋層。
歐航局彗星探測器“羅塞塔”分離的“菲萊”著陸器，于北京時(shí)間13日零時(shí)5分許確認(rèn)成功登陸彗星“67P/丘留莫夫-格拉西緬科”（以下簡稱67P）。這是人造探測器首次登陸一顆彗星。“羅塞塔”計(jì)劃開始于1993年，前后耗資約13億歐元。一些媒體把“羅塞塔”的探測任務(wù)形容為“一場賭注”。科學(xué)家希望借此了解形成于太陽系形成初期的彗星，進(jìn)一步探究太陽系甚至人類的起源。
追了10年就為登陸這一刻
為了這一天，歐洲航天局科學(xué)家已經(jīng)等了10年多的時(shí)間。載有“菲萊”的彗星探測器“羅塞塔”2004年3月升空，經(jīng)過總長超過64億公里的太空飛行，終于在2014年8月，在距離地球4億公里的太空追上正不斷逼近太陽的彗星67P。
今年8月6日，歐航局宣布，“羅塞塔”與67P實(shí)現(xiàn)“第一次親密接觸”，地點(diǎn)是距離地球4億公里的太空；隨后3個(gè)月，兩者并肩飛行，“羅塞塔”從一旁觀察彗星；“結(jié)伴而行”中，“羅塞塔”進(jìn)一步探究彗星，并鎖定了合適的著陸地點(diǎn)。
歐洲航天局在“羅塞塔”項(xiàng)目的博客主頁留言道，11日晚，“羅塞塔”經(jīng)過了最后一輪系統(tǒng)測試，確定它處于正確軌道上；午夜，地面控制人員檢測了遙控指令程序，為“菲萊”與“羅塞塔”分離做好準(zhǔn)備；接下來，控制人員還確認(rèn)，“菲萊”狀況良好。12日，歐洲航天局位于德國達(dá)姆施塔特的歐洲空間運(yùn)轉(zhuǎn)中心證實(shí)，“羅塞塔”已于歐洲中部時(shí)間12日9時(shí)35分釋放“菲萊”著陸器。
難度等同“乘氣球抵達(dá)地球上某個(gè)地點(diǎn)”在接下來的幾小時(shí)里，“菲萊”以接近步行的速度，“走”完最后的22.5公里路程。
“菲萊”重100公斤，大小如同一個(gè)電冰箱，攜帶了10個(gè)科學(xué)儀器。它以每小時(shí)3.5公里、幾乎等同于步行的速度向彗星靠近，耗時(shí)7個(gè)小時(shí)才能抵達(dá)彗核。
由于從地面控制中心發(fā)送的指令至少需要28分鐘才能抵達(dá)“羅塞塔”，“菲萊”將按照事先設(shè)定的程序完成登陸過程。預(yù)定的登陸地點(diǎn)附近巖石較少。
按美聯(lián)社的說法，即便出現(xiàn)最小的差錯(cuò)，也會使得登陸任務(wù)前功盡棄，即“菲萊”撞上彗核表面的巖石或跌入懸崖中。有科學(xué)家用“乘氣球抵達(dá)地球上某個(gè)地點(diǎn)”來形容登陸難度之大。
彗星引力小，著陸要用螺栓固定
歐洲航天局當(dāng)天早些時(shí)候表示，科學(xué)家在檢測著陸器健康狀況時(shí)發(fā)現(xiàn)，著陸器的推進(jìn)器無法啟動。因此，“菲萊”著陸時(shí)只能靠三條腿上的冰螺栓和隨身攜帶的“魚叉”裝置將自己固定在引力較小的彗星上。
高空拍攝照片顯示，這顆彗星的形狀并不規(guī)則，看上去像一只橡皮鴨。經(jīng)反復(fù)研究“羅塞塔”傳回的圖像及數(shù)據(jù)信息，研究人員選定在彗星的頭部位置投放“菲萊”。
登陸彗星后，“菲萊”會向地球發(fā)回首張著陸點(diǎn)全景照片，其攜帶的10個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器也將對彗星的土壤、磁場等情況展開測量分析。
追問
為什么選擇這顆彗星？
彗星“丘留莫夫-格拉西緬科”誕生于46億年前太陽系形成初期。與地球上地質(zhì)變化頻繁不同，彗星上變化較少，就像一個(gè)飛行的“冰箱”，保存著最原始的物質(zhì)。據(jù)新華社
又訊 歐洲航天局高級科學(xué)顧問馬克·麥克科漢此前在接受新京報(bào)記者專訪時(shí)表示，彗星一般都遠(yuǎn)離太陽，其“生命”中最靠近太陽可能只有一次。“因此我們要選擇一顆現(xiàn)在靠近太陽、但此前很久沒有靠近太陽的彗星。”
登陸彗星的困難可預(yù)料嗎？
羅塞塔攜帶的著陸器登陸彗星，這是以前從未有過的任務(wù)。麥克科漢曾向記者介紹，面臨的最大挑戰(zhàn)是著陸器是根據(jù)原來確定的彗星Virtanen設(shè)計(jì)的。
此外，67P表面凹凸不平，給著陸出了不少難題。同時(shí)，目前彗星和羅塞塔都朝著太陽方向運(yùn)動，彗星表面會因溫度升高而更活躍，出現(xiàn)很多氣體和灰塵等飄浮物，這不利于著陸。新京報(bào)記者 王曉楓
“追星”10年為了什么？
科學(xué)家們期待，這一項(xiàng)目對彗星進(jìn)行研究將有助于揭開太陽系形成的諸多奧秘。迄今，“羅塞塔”已經(jīng)動用多重“感官”了解67P。
它7月曾對目標(biāo)彗星拍照。照片顯示，與許多人預(yù)想的不同，這顆彗星并不像個(gè)陽芋，而更像一只鴨子，預(yù)示著67P可能由兩顆彗星相撞而成。
上月，“羅塞塔”自身攜帶的科學(xué)儀器發(fā)現(xiàn)，67P揮發(fā)化學(xué)成分的“氣味”類似于臭雞蛋和醋的混合。
歐洲航天局11日說，他們收集到了這顆彗星的“聲音”，這種響聲可能由其發(fā)射的粒子帶電發(fā)出。
天文學(xué)家認(rèn)為，彗星由太陽系誕生初期的物質(zhì)組成，由于它們自身溫度極低并置身于“天寒地凍”的宇宙空間，因此自太陽系誕生以來，彗星成分幾乎不變，對它們進(jìn)行研究將有助于揭開太陽系形成的諸多奧秘。
發(fā)現(xiàn)過程
67P是由克利姆·伊萬諾維奇·丘留莫夫于1969在基輔國立大學(xué)天文臺發(fā)現(xiàn)的。他在查看斯維特拉娜·伊萬諾夫娜·格拉西緬科于1969年9月11日在阿拉木圖天體物理研究所拍攝的周期彗星32P/科馬斯·索拉彗星的照片時(shí)，發(fā)現(xiàn)在底片邊緣處有一個(gè)類似彗星的天體最初他認(rèn)為這就是想要拍攝的32P彗星,回到母校基輔大學(xué)后，丘留莫夫又仔細(xì)地檢查了所有的照片。10月22日，在照片拍攝一個(gè)月之后，他發(fā)現(xiàn)那個(gè)天體偏離了預(yù)期位置達(dá)1.8度，所以不可能是科馬斯·索拉彗星。再仔細(xì)觀察后，在照片上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)暗淡的32P彗星的影像，因此丘留莫夫斷定這是一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的彗星。
形狀
這顆彗星由兩部分組成，中間由一個(gè)脖子狀的狹窄柱體連接。大的一部分大小約為4.1km*3.3km*1.8km,小的一部分約為2.6km*2.3km*1.8km。每個(gè)軌道周期，彗星的質(zhì)量就會因?yàn)闅怏w和塵埃被太陽風(fēng)吹走而減少。據(jù)估計(jì)，67P每次回歸表層厚度就會減少1±0.5m。這種分為兩個(gè)半球的奇怪的形狀有兩種可能的形成方式：由一整塊“巖石”因不均勻侵蝕而形成，或是由兩塊“巖石”低速碰撞黏合而成（通常稱為接觸雙星）。前一種情況下，星體表面因侵蝕而露出的階梯結(jié)構(gòu)（由于星體內(nèi)部分層）應(yīng)是同向的，而后一種情況則相反。經(jīng)過研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)67P的“階梯”是不同向的，這表明后一種情況可能性較大——兩個(gè)形成于柯伊伯帶的小天體碰撞接合形成了丘留莫夫-格拉西緬科彗星。
軌道歷史
一般情況下彗星在接近木星或土星時(shí)其軌道都會被改變。1959年以前，67P的近日點(diǎn)距離為2.7AU（400,000,000 km）。1959年2月，它與木星近距離接觸，導(dǎo)致它的近日點(diǎn)向內(nèi)移動了大約1.3 AU（190,000,000 km），進(jìn)入了現(xiàn)在的軌道。在2009年的近日點(diǎn)后，發(fā)現(xiàn)它的自轉(zhuǎn)周期已經(jīng)從12.76小時(shí)減少至12.4小時(shí)。據(jù)信這一變化是由因升華而引起的扭矩導(dǎo)致的。67P上次回歸是在2015年。2014年9月，丘留莫夫-格拉西緬科的核心視星等約為20。它在2015年8月13日到達(dá)近日點(diǎn)。從2014年12月到2015年9月，它與太陽的視距離小于45度。2015年2月10日，它與太陽相距5度，距離地球3.3AU（4.9億公里）。它于2015年5月5日穿過了天赤道，從北方最容易看到半球形的它。甚至就在近日點(diǎn)之后，當(dāng)它位于雙子座時(shí)，它的亮度只會增加到大約12度，需要望遠(yuǎn)鏡才能看到。在2016年7月，這顆彗星的總星等約為20級。
2021年11月12日，彗星67P出現(xiàn)在天空中，這是它離地球最近的距離，下次再這么近距離看到它要等近200年。
羅塞塔項(xiàng)目
羅塞塔任務(wù)是第一個(gè)包括一個(gè)伴隨彗星運(yùn)行數(shù)年的軌道飛行器以及一個(gè)從彗星表面收集近距離數(shù)據(jù)的著陸器。該任務(wù)于2004年發(fā)射，2014年抵達(dá)67P彗星，并于2016年在彗星表面著陸。羅塞塔項(xiàng)目最早是在1970年代開始構(gòu)思，其最初的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)彗星取樣返回任務(wù)。最終歐洲航天局科學(xué)項(xiàng)目委員會在1993年11月批準(zhǔn)了羅塞塔項(xiàng)目的實(shí)施。最初確定的考察目標(biāo)是彗星46P/Wirtanen，但隨后在確定飛船的發(fā)射時(shí)間被定在2004年之后，項(xiàng)目的探測目標(biāo)被重新確定為67P/丘留莫夫 -格拉西緬科彗星。
準(zhǔn)備工作
為了準(zhǔn)備羅塞塔任務(wù)，科學(xué)家們對2003年3月12日哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的照片進(jìn)行了仔細(xì)分析，建立了一個(gè)整體的67P的三維模型，并由計(jì)算機(jī)生成了圖像。
2004年3月2日，羅塞塔飛船從南美洲法屬圭亞那的庫魯航天中心由一枚阿麗安-5型火箭發(fā)射升空，隨后進(jìn)行了3次地球引力彈弓借力和一次火星引力彈弓借力。在其追逐彗星的途中，羅塞塔相繼在2008年和2010年飛越了小行星2867(Steins)以及小行星21(Lutetia)，隨后在2011年6月進(jìn)入休眠狀態(tài)。
2012年4月25日，N.Howes、G.Sostero和E.Guido用2米口徑的福克斯望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了迄今為止最詳細(xì)的觀測。
羅塞塔飛船在2014年開始進(jìn)入執(zhí)行任務(wù)狀態(tài)，同年1月20日按計(jì)劃從休眠中蘇醒，隨后進(jìn)行了設(shè)備檢查，并繼續(xù)朝著彗星飛行。2014年6月6日，當(dāng)羅塞塔距離67P彗星36萬公里（22萬英里），距離太陽3.9AU（5.8億公里）時(shí)，檢測到水蒸氣以大約1升/秒的速度釋放。2014年7月14日，羅塞塔拍攝的圖像顯示，它的彗核形狀不規(guī)則，有兩個(gè)截然不同的核心裂片。據(jù)估計(jì)，核的大小為3.5×4 km（2.2×2.5 mi）。當(dāng)時(shí)對其形狀提出了兩種解釋：它是一種接觸雙星，或者它的形狀可能是由于冰從其表面升華而形成的不對稱侵蝕，從而留下了波狀的形狀。任務(wù)科學(xué)家已經(jīng)確定接觸雙星假說是明確正確的。
會合與進(jìn)入軌道
2014年5月，羅塞塔號彗星探測器使用推進(jìn)器，將自身的速度由780 m/s開始逐漸減少，這是為了通過減小羅塞塔號的相對速度至1 m/s，來為8月6日進(jìn)入彗星的預(yù)定軌道作準(zhǔn)備。2014年8月6日，經(jīng)過十年飛行，羅塞塔號彗星探測器安全進(jìn)入圍繞彗星運(yùn)行的軌道。9月10日，羅塞塔號進(jìn)入預(yù)定軌道，并離彗核只有30 km。在8月至11月間，羅塞塔飛船一直在圍繞彗星運(yùn)行，其搭載的各項(xiàng)設(shè)備對彗星表面進(jìn)行了詳細(xì)考察，以確定其表面環(huán)境條件。
著陸
2014年11月12日，羅塞塔號彗星探測器運(yùn)載的菲萊登陸器登陸丘留莫夫－格拉西緬科彗星。菲萊登陸器為重約100千克（220磅）的空間探測器，在羅塞塔號降落后即會用起落架把其放下。登陸器的名字則為取自阿祖奇亞島上的菲萊神廟，該島嶼在阿斯旺水壩的興建中部分淹沒，而菲萊神廟也被逼拆遷。另外，丘留莫夫－格拉西緬科彗星的表面的引力只有10^-3 m/S2，為地球的約萬分之一。
由于彗星上的的引力太小，“菲萊”很容易便會因反彈而墜機(jī)，因此必須考慮一些技術(shù)因素，以保持登陸器的平穩(wěn)。所以登陸器的起落架便根據(jù)機(jī)構(gòu)學(xué)來設(shè)計(jì)，以便應(yīng)對丘留莫夫－格拉西緬科彗星表面較小的引力。另外考慮的也包括魚叉、推進(jìn)器、用作旋緊彗星表面上的冰的著陸臂和以防止在登陸器在彗星表面附近自轉(zhuǎn)的飛輪。盡管如此，登陸器在第三次著陸才穩(wěn)定在彗星表面的安全位置（本來計(jì)劃是一次降落成功的）。
其他發(fā)現(xiàn)
2015年1月23日，《科學(xué)》雜志發(fā)表了一期有關(guān)彗星的科學(xué)研究特刊。
在菲萊的電池發(fā)生故障之前進(jìn)行的測量表明，灰塵層的厚度可能高達(dá)20厘，下面是堅(jiān)硬的冰，或者是冰和灰塵的混合物。另外，彗星中心的孔隙率似乎增加了。
在菲萊降落和著陸過程中，通過其ROMAP儀器和羅塞塔的RPC-MAG儀器進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)丘留莫夫-格拉西緬科彗星的核本身沒有磁場。這表明，磁場可能并不像先前假設(shè)的那樣，在太陽系的早期形成中起到了作用。
羅塞塔上的愛麗絲光譜儀確定了電子（在彗星核上方1公里或0.6英里范圍內(nèi)）是由太陽輻射對水分子的光離子化產(chǎn)生的。此外，彗星上還存在與坑塌有關(guān)的活動坑，可能與爆發(fā)有關(guān)。
COSAC和托勒密儀器在“菲萊”號著陸器上的測量顯示出16種有機(jī)化合物，其中4種是首次在彗星上發(fā)現(xiàn)的，包括乙酰胺、丙、異酸甲酯和丙醛。天體生物學(xué)家錢德拉·威克拉馬辛哈和馬克斯·沃利斯說，探測到的一些物理特征“羅塞塔”和“菲萊”在彗星表面，例如富含有機(jī)物的地殼，可以用外星微生物的存在來解釋。羅塞塔項(xiàng)目的科學(xué)家們認(rèn)為這種說法是“純粹的推測”。富含碳的化合物在太陽系中很常見。羅塞塔和菲萊都不具備搜尋生物直接證據(jù)的能力。迄今為止唯一在彗星上檢測到的氨基酸是甘氨酸，以及前體分子甲胺和乙胺。
在彗星發(fā)射的塵埃顆粒中也發(fā)現(xiàn)了固體有機(jī)化合物，這種有機(jī)物質(zhì)中的碳結(jié)合在“非常大的大分子化合物”中，類似于碳質(zhì)球粒隕石中的不溶性有機(jī)物。科學(xué)家們認(rèn)為，觀測到的彗星含碳固體物質(zhì)可能與隕石中的不溶性有機(jī)物具有相同的起源，但在被納入彗星之前或之后受到的改變較少。
到任務(wù)結(jié)束為止，這項(xiàng)任務(wù)最突出的發(fā)現(xiàn)之一是在彗星周圍探測到大量的自由分子氧（O2）氣體。目前的太陽系模型表明，分子氧應(yīng)該在67P誕生時(shí)消失。大約在46億年前，在一個(gè)劇烈而熱的過程中，這個(gè)過程會導(dǎo)致氧與氫發(fā)生反應(yīng)并形成水分子。而以前從未在彗星中探測到氧氣。現(xiàn)場測量表明，在彗差中O2/H2O比率是各向同性的，并且不會隨日心距的變化而發(fā)生系統(tǒng)性變化，說明原始的氧氣在彗星的形成中被包進(jìn)了彗核。這個(gè)這一發(fā)現(xiàn)對理論提出了挑戰(zhàn)，即在彗星表面，水分子與硅酸鹽和其他含氧物質(zhì)發(fā)生碰撞時(shí)，可能會產(chǎn)生O2材料。通過檢測彗星中的分子氮（N2），科學(xué)家認(rèn)為彗星顆粒在低于30 K（?243°C；?406°F）的低溫條件下形成。
2018年7月3日，研究人員報(bào)告說，67P彗星表面并沒有制造出分子氧，這一發(fā)現(xiàn)支持了氧來自彗星體的觀點(diǎn)，而且可能是原始的氧。
表面
丘留莫夫-格拉西緬科彗星上有26個(gè)不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都以埃及神的名字命名；大裂片上的區(qū)域以神的名字命名，而小裂片上的區(qū)域則以女神的名字命名。在春分之前，北半球確定了19個(gè)區(qū)域。后來，當(dāng)南半球被照亮?xí)r，又有七個(gè)地區(qū)使用相同的命名規(guī)則被定名。
有一些特征地貌被稱為門（Gates），是表面上的孿生突出物，它們以羅塞塔團(tuán)隊(duì)已故成員的名字命名。
羅塞塔在任務(wù)進(jìn)程中，觀察到了彗星表面的許多變化，特別是當(dāng)彗星接近近日點(diǎn)時(shí)。這些變化包括在平滑的地形中不斷演變的圓形圖案，這些圖案在某個(gè)時(shí)刻以每天幾米的速度增長；頸部區(qū)域的一處裂縫也在擴(kuò)大；數(shù)十米寬的巨石被移動，有時(shí)超過100米；地面的一些部分被移除，露出了新的特征；還有一些崩塌的懸崖。2015年12月，一個(gè)著名的例子被羅塞塔的導(dǎo)航相機(jī)捕捉到，它是彗星發(fā)出的一道亮光。羅塞塔的科學(xué)家們認(rèn)為這是一個(gè)巨大的懸崖崩塌了。這是彗星上第一次發(fā)生的與活動爆發(fā)有關(guān)的滑坡。
參考資料 >
彗星67P光臨地球！紫臺專家傳授觀測秘技，錯(cuò)過這次要再等200年.今日頭條.2021-11-13