10.13 著陸彗星，歐洲宇航局羅塞塔任務將如何為我們講述彗星的神奇科學頭條網

羅塞塔航天器的部署渲染圖，特別顯示了太陽能陣列配置

羅塞塔是歐洲航天局的一項深空任務，它是首個集彗星在軌和彗星著陸任務於一身的小行星探測器。歐洲宇航局在1993年11月選擇該任務作為“地平線2000”的第三個任務。羅塞塔探測器的目標是與彗星67P會合，並繪製其表面的詳細地圖。羅塞塔還攜帶了一組儀器，名叫菲萊著陸器，以研究太陽系中一些最原始的物質。

彗星是夜空中最美麗、最令人費解的漂泊者。到目前為止，所有小行星任務都有一個共同點，高速飛掠，就像兩艘船在夜裡的湖上相交一樣，不同的是它們會以超快的速度呼嘯而過……羅塞塔探測器於2004年3月發射，小行星探測器需要在距離太陽6億公里或4AU天文單位的彗星軌道上進行探測

藝術家繪製的歐洲宇航局羅塞塔號小行星探測器

羅塞塔任務被寄予厚望，其實它有很多目標，比如彗星67P彗星核的特性或者性質，確定其動態特性，確定其表面形態和組成，瞭解彗星表面揮發物和耐火材料的化學、礦物和同位素的組成。羅塞塔任務還需要確定彗星核中的揮發物和耐火材料的物理性質和相互關係。

小行星探測器的穩定非常重要，因為它探測的對象不是大型天體，所以需要保持自己長時間接軌。羅塞塔飛船是三軸穩定的，自身姿態由四個反作用輪以及兩個恆星跟蹤器、太陽傳感器、導航攝像機和三個激光陀螺組件維持。太陽能電池板為其提供電力，除此之外，特殊蓋玻片為起保護作用會將太陽能電池完全覆蓋。

羅塞塔的巨大太陽能模塊，這是其中一個

光照隨著距離太陽的遠近而減弱，這其實就是平方反比定律，舉個例子的話，如果一個探測器在兩倍遠的地方，只有四分之一的太陽強度是可用的，在三倍距離的地方，只有九分之一的強度是可用的。這意味著羅塞塔小行星探測器本身溫度也會隨著距離的增加而下降，這對太陽能電池來說是個好消息，因為電池的效率會隨著溫度的下降而提高。

然而，在實踐中，在低太陽光照的情況下，比如溫度下降到-100°C以下，由於單個電池不可預測的退化，標準太陽能電池陣列表現出比預期更差的性能。為了解決這一問題，歐洲宇航局開發了高強度低溫太陽能電池技術。由此產生的單結硅太陽能陣列被應用在了羅塞塔彗星探測器上。

羅塞塔號所有部件測試結束，準備進行組裝集成

羅塞塔號彗星探測器的科學載荷一共有11個，另外還有一個小著陸器，它們分別來自歐洲和美國科學協會。羅塞塔上的儀器將會檢查彗星上的每一個方面，廣角和近距照相機將對彗核成像，以確定其體積、形狀和表面特性等，三種不同波長的光譜儀將分析彗核區域的氣體。

羅塞塔彗星探測器載荷將通過發射和接收穿過彗核時反射和散射的無線電波來探測彗星內部，這徹底改變了我們對彗核的認識。另外四個儀器將檢查彗星的塵埃和氣體環境，測量粒子的組成和物理特性，例如粒子的數量、大小、質量、形狀和逸散速度。

羅塞塔彗星探測器主要部件的結構圖，發射質量2900公斤，其中1720公斤是推進劑。

OSIRIS歐西里斯，光學、光譜和紅外遠程成像系統

OSIRIS可以利用廣角照相機和近距照相機進行多色成像，以獲得彗星核的高分辨率圖像。歐西里斯科學載荷的目的是觀察彗星的旋轉，並研究在彗星核內和附近發生的物理和化學過程。它還可以繪製彗星的形態圖，歐西里斯還可以幫助著陸器菲萊在彗星表面找一個合適的著陸點。

歐西里斯照相機是由來自5個歐洲國家的科學機構提供的，其中一些機構包括法國馬賽天體物理學實驗室、帕多瓦大學，安達盧西亞天體研究所，格拉納達，瑞典烏普薩拉大學等。

羅塞塔主要科學載荷分佈圖

ALICE，紫外成像光譜儀

分析彗尾氣體，測量彗星上產生水和一氧化碳的工作要交給ALICE紫外成像光譜儀了。ALICE是美國宇航局的科學載荷，提供了70-205 nm波段的紫外光譜學觀測。ALICE紫外光譜儀將分析彗尾的氣體，並測量彗星上產生水、一氧化碳或二氧化碳的含量成分，佔比等等，它還將提供關於彗核表面組成的信息。

VIRTIS，可見光和紅外熱成像光譜儀

這是羅塞塔攜帶的第二個成像光譜儀，這臺儀器中結合了三個數據通道，兩個數據通道被設計用來進行光譜映射，第三個頻道是光譜學通道。VIRTIS可以繪製和研究彗核固體的性質和表面的溫度，也可以確定彗星噴射氣體的成分，同時有助於確定最佳著陸地點。

VIRTIS可以研究彗星特定區域的日表面溫度變化，以瞭解彗星表面面對太陽光的反應有多快。反過來，我們可以通過數據查看彗星的熱傳導率

光學子系統被安置在一個普通的結構中，通過一個由低導熱的桁架進行支撐。在支撐桁架的托盤上，安裝了兩套電子設備和兩個用於探測器的低溫冷卻器。映射通道光學系統由奧夫納光柵光譜儀和Shafer望遠鏡組成。Shafer望遠鏡由五個安裝在光學臺上的鋁鏡組成。主鏡是由轉矩電機驅動的掃描鏡。奧夫納光譜儀由一箇中繼鏡和一個球形凸衍射光柵組成，兩者都是由玻璃製成的。

MIRO，羅塞塔微波儀器

羅塞塔彗星探測器微波儀器

MIRO的研究涉及到彗星核的性質、從彗核中釋放的氣體和彗尾，這些研究都與彗星物理緊密相關。MIRO儀器將測量關鍵揮發性物質，比如水，一氧化碳，甲醇等物質的絕對丰度，並量化基本同位素的比率。

選擇水冰和一氧化碳進行觀測是因為它們是彗星的主要構成物質之一。而甲醇是一種常見的有機分子，氨的丰度對於彗星中氮的激發態有著重要的意義。通過提供同位素丰度測量和質量鑑別，MIRO實驗可以利用同位素比值可以得出彗星的具體年齡。

ROSINA，羅塞塔中型離子光譜儀

羅塞塔ROSINA光譜儀

彗星是太陽系中最原始的天體，它們是4億6千萬年前在遠離太陽的地方誕生的，彗星存在的大部分時間裡都一直遠離冥王星的軌道，所以我們可以說彗星是太陽系的化石。與隕石不同，彗星保留了太陽原始星盤（太陽系早期的結構，太陽會在原始星盤中塌縮，誕生）的較輕部分。因此，關於太陽系物質歷史的一些問題只能通過研究彗星來回答。特別是揮發性物質的組成，這就是ROSINA儀器的主要目標。

歐洲宇航局羅塞塔探測器ROSINA儀器詳細信息

ROSINA是歐洲航天局羅塞塔號彗星探測器上的主質譜儀，它由兩個中性點和離子質譜儀組成。ROSINA的主要目標是確定彗星大氣和電離層的元素、同位素和分子組成。此外，科學家們對氣體的溫度和體積速度以及氣體和離子與彗星發射的塵埃的反應很感興趣。這些結果可能與彗星起源，彗星和星際物質之間的關係，以及太陽系的起源和演化等等問題有關。

MIDAS，微成像塵埃分析系統

羅塞塔彗星探測器的微成像塵埃分析系統

MIDAS的目標是收集和成像在彗星附近收集的塵埃顆粒。測量原理是一種叫做遠距顯微鏡的技術，這種技術可以實現真正的納米級三維成像。該儀器的目的是研究從彗星表面釋放出的最小粒度碎片。

彗星核釋放的塵埃粒子是瞭解太陽系原始物質的主要信息來源。MIDAS會在幾納米範圍內對單個粒子進行映射，許多統計參數可以描述彗星環境。這包括根據大小、體積和形狀對收集到的粒子進行統計評估，還可以推斷出粒子通量的空間變化。該儀器由奧地利國際空間研究所領導的合作小組開發。

羅塞塔彗星探測器和彗星67P合照渲染圖

SREM，標準輻射環境監測儀

除了這些科學實驗外，羅塞塔還配備了一個SREM設備來監測周圍高能電離粒子的環境。SREM的目標是為羅塞塔遇到的高能粒子提供連續的、幾乎不間斷的測量，併為任務分析提供這些信息。

COSIMA，彗星次級離子質量分析儀

該儀器將分析彗星釋放的塵埃顆粒的特徵，包括它們的組成以及它們是有機的還是無機的。COSIMA是一種二次離子質譜儀，配有一個集塵器、一個初級離子分析儀和一個用於目標表徵的光學顯微鏡。

羅塞塔彗星探測器COSIMA科學載荷

來自近彗星環境的塵埃被收集到一個目標上，然後在顯微鏡下移動目標，確定任何塵埃顆粒的位置。COSIMA可以對目標彗星發射的單個塵埃粒子進行現場測量，並由COSIMA塵系統收集。

CONSERT，無線電波彗星核探測實驗

CONSERT是一個時域應答器，無線電信號從該儀器的軌道組件發射，信號在著陸器上接收，在著陸器上提取一些數據，然後立即傳回羅塞塔，在那裡進行分析之後傳回地球。當無線電波穿過彗星核的不同部分時，相位和振幅的變化將被用來對核進行斷層掃描，並確定核材料的介電特性。

該研究的總體科學目標是收集有關彗核深處的幾何結構和電學性質的信息。然後，根據所測得的電性，推斷出彗星內部的組成。

彗星67P，羅塞塔彗星探測器與著陸器合照渲染圖

GIADA，塵埃衝擊分析儀

GIADA將測量近彗星環境中塵埃顆粒的數量、質量、動量和速度分佈。其實它們的噴射動量會因太陽輻射壓力而改變。儀器由三個模塊組成，GIADA 1通過級聯的GDS顆粒檢測系統和IS衝擊傳感器組成，GIADA 2則模塊包含MBS微天平系統，它控制從傳感器獲取數據和其他子系統的操作，為GIADA載荷提供了電源。GIADA 3模塊通過5個微天平測量來自不同方向的塵埃通量。