歐日探測器明日升空赴水星

原標題：歐日探測器明日升空赴水星

新京報製圖/高俊夫

當地時間10月15日，英國倫敦，倫敦科學博物館展出的實物大小的「比皮科倫坡」模型。圖/視覺中國

作為內太陽系離太陽最近、最小的行星，水星承載著太多奧秘。直至今日，水星的地理環境、地表組成、內部結構等對人類而言依然是個謎。水星是否有水，是否可能存在生命吸引著人類不斷探索。

北京時間10月20日9時45分，帶著這些未解之謎，由歐洲航天局（ESA）和日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）聯合進行的水星探測任務「比皮科倫坡」（BepiColombo）將發射升空。據介紹，這是歐洲首個水星探測任務，也是人類第三個探訪水星的任務。

「比皮科倫坡」預計經過7年飛行，於2025年抵達水星。屆時，探測器將分離為兩艘獨立飛行器，分別為「水星行星軌道器」（MPO）和「水星磁層軌道器」（MIO），執行各自的探測任務。

中國航天科工二院研究員楊宇光稱，水星是顆類地行星，探測水星對人們了解太陽系的歷史、了解地球的歷史具有重要意義。

1 釋疑

水星探測面臨哪些困難？

水星是八大行星中離太陽最近的一顆行星，其體積、質量也相對較小，此前僅有兩個探測器接近過水星，而真正進入水星軌道的僅一個。

第一個接近水星的探測器是美國航天航空局（NASA）1973年發射的「水手10號」（Mariner 10）探測器。1974-1975年間，「水手10號」3次飛掠水星，但一直未能進入水星軌道。第二個則是NASA於2004年發射的「信使號」（MESSENGER）探測器，該探測器在2008-2009年間3次飛掠水星，最後於2011年3月進入水星軌道——這也是第一個進入水星軌道的探測器。

相比其他行星，對於水星的探索顯然相對較少。這是為何？

據《自然》雜誌報道，水星位於太陽重力井深處，要到達水星，宇宙飛船必須失去地球軌道運動賦予它的大部分動量，這使得水星探測的技術難度異常巨大。與此同時，宇宙飛船還必須避免過沖導致偏離軌道，這需要非常長的時間和比前往火星多8倍的能量。

其次，水星的太陽輻射是地球近外太空的十倍，同時該行星幾乎沒有大氣層，表面溫度最高可達400攝氏度。「信使號」水星探測任務的科學家肖恩·所羅門稱，航天器從未在離太陽這麼近的地方呆這麼久。

中國航天科工二院研究員楊宇光解釋，水星觀測非常難，不管是肉眼還是天文觀測。水星距太陽過近，且每88個地球日繞行太陽一周，使得其數據傳輸變得非常困難。

這些因素都導致水星成為太陽系內部行星中探索最少的一個。

2 釋疑

探測器將執行哪些任務？

據歐洲航天局網站介紹，「比皮科倫坡」將於當地時間19日晚10時45分從位於南美法屬蓋亞那的庫魯航天基地，由「阿麗亞娜-5」（Ariane 5）大型火箭發射升空。

「比皮科倫坡」將耗時7年於2025年12月5日抵達水星軌道，期間1次飛掠地球、2次飛掠金星、6次飛掠水星，總距離達90億公里，最高速度可達60公里每秒，最遠距離地球2.4億公里。此外，探測器將經歷零下180攝氏度的低溫到近450攝氏度的高溫。

到達水星軌道後，「比皮科倫坡」將釋放出兩個探測器，分別是歐洲航天局的水星行星探測器（MPO）和日本宇宙航空研究開發機構的水星磁層探測器（MIO）。兩個探測器各有側重，進行為期2年的探測任務。

據JAXA網站，MIO的主要目的是解讀水星的磁場和磁層，MPO的主要任務則是觀察水星的表面環境以及內核組成等。ESA將負責「比皮科倫坡」的發射、進入軌道，以及MPO探測器的運作。JAXA負責MIO探測器的控制運行。

據英國《自然》雜誌，MPO包含11個組件，主要負責研究水星本身。MPO主要使用攝像機、高度計、放射線等設備對水星進行「掃描」，探索水星地表環境和地殼化學成分，並對水星的引力場進行研究。

水星是密度僅次於地球的行星，有一個巨大的鐵核。據太空網（space.com），水星的鐵核約3600-3800公里寬，而其外殼厚度僅500-600公里。這一點一直以來也讓科學家們困惑不已。

由日本方面主要負責的MIO則包含5個組件，主要圍繞水星的磁層以及其與太陽風的互相作用等進行研究。日本於2003年加入歐洲航空局的這一水星探測任務，主要目的就是研究行星的磁層。JAXA負責MIO的日本科學家村上豪稱，「火星和金星沒有磁場，所以目標是水星」。

據日本共同社，日本磁力觀測具有較大優勢，此次MIO探測器若能順利到達，將為推動水星探測作出重要貢獻。

預測「比皮科倫坡」或解鎖5大謎團「比皮科倫坡」的名字來自義大利天體物理學家Guiseppe Bepi Colombo。他曾參與NASA「水手10號」水星探測任務的研究，此後更是得出水星藉助地球、金星和水星引力輾轉飛行路線的計算方法。

據美國《科學》雜誌，ESA和NASA的水星探測任務都在上世紀90年代通過，但耗資4.51億美元的「信使號」2004年已發射，更具雄心、耗資高達16億歐元的「比皮科倫坡」多次被耽擱，一直未能成行。

經過二十餘年努力，「比皮科倫坡」終於即將發射。參加「比皮科倫坡」研究近15年的ESA地球物理學家約翰尼斯·本克霍夫稱，「這是一個重要的時刻，（水星探測）終於要成真了」。

那麼，雄心勃勃的水星探測任務可能解鎖哪些水星奧秘？

2015年以撞擊水星結束使命的「信使號」給人們帶來更多水星信息的同時，也帶來了更多謎題，包括水星磁場、厚實鐵核以及充滿冰塊的隕石坑。

美國《福布斯》雜誌總結了歐日水星探測器可能解鎖的五個奧秘。

一是水星兩極水冰之謎。水星雖然是距離太陽最近的行星，但其兩極巨大的環形山內側隕石坑卻永遠照不到陽光。許多科學家認為，水星兩極存在水冰。但水星上是否真的有冰，卻一直是未解之謎。

二是水星凹坑之謎。NASA「信使號」探測器在水星表面發現一些奇怪的凹坑，這些凹坑如何形成，與火山撞擊有何關係亟待探索。

三是水星磁場之謎。最早探訪水星的「水手10號」發現了水星的磁場，但磁場的起源、其具體的變化情況及影響卻一直沒能得到深入觀測。

四是水星表面成分之謎。據美國《科學》雜誌，NASA「信使號」探測器曾發現水星表面含有許多揮發性元素，如硫、鈉、鉀、氯等。了解這些揮發性元素的形成，對於了解水星的演變歷程有重要意義。

五是水星的形成與巨大的鐵核之謎。水星的高密度源於其內核巨大的鐵核，鐵核如何形成至今依然是個謎。

帶著對這些奧秘的探索，歐日聯合研究的「比皮科倫坡」即將升空。

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