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爱因斯坦广义相对论会错吗?水星探测器20日将开始7年验证之旅

腾讯科技讯 10月19日消息,据外媒报道,我们对太阳系内的大多数行星已经有了相当了解,所有行星都至少被探测器拍摄过照片甚至造访过,然而离地球最近的行星之一——水星,却是我们探索最少、也最不了解的行星。

BepiColumbo探测器将揭示水星何时形成以及它奇怪的化学成分

如果计划进展顺利,BepiColumbo水星探测器于明天在位于南美洲法属圭亚那库鲁的欧洲宇航中心搭乘Ariane 5火箭发射升空,这一切都将改变。它可以被视为爱因斯坦“广义相对论”最权威的验证。

人类探访过水星吗?

是的,美国宇航局的的“水手10号”(Mariner 10)探测器曾在1974年和1975年拍摄过水星的照片,“信使号”(MESSENGER)曾在2008年到2015年绘制过它的图像。现在欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)有了地图,他们想知道更多关于水星的信息。而BepiColombo实际上是三个独立部分组成的。

为什么叫BepiColombo?

这个探测器是以已故意大利数学家兼工程师朱塞佩·科伦坡教授(Giuseppe (Bepi) Colombo)的名字命名的,他曾发现一种共振,这种共振使水星在轴上每两年旋转三次。此外,科伦坡还帮助美国宇航局在“水手10号”探测器上使用了金星和水星引力助推器。

伦敦科学博物馆目前有6米高的BepiColombo全尺寸工程模型

BepiColombo将研究什么?

这是个雄心勃勃的科学项目。BepiColombo于1993年被首次提出,它的两个轨道飞行器将共同研究水星的起源和演化、内部结构、地质、组成和陨石坑、大气和磁层(以及它如何与太阳风相互作用)、水星磁场的起源以及水星两极的沉积物。BepiColombo也会绘制不同波长的水星地图。

为什么BepiColombo由三部分组成?

BepiColombo由三部分组成,即一个航天器携带着两个轨道飞行器,分别是欧洲航天局的水星行星轨道器(MPO)和JAXA水星磁层轨道器(MMO)。尽管两个轨道器将分别绕轨道运行,但它们将同步工作,在某些项目上为天文学家提供两个数据点。

MPO将主要研究水星的表面和组成,而MMO将关注水星的磁性环境和构成其稀薄外逸层的化学物质(还不能称其为大气层)。然而,它们将能够同时研究太阳风如何影响水星的外大气层及其表面,这需要两个轨道飞行器协作完成。

BepiColombo将如何检验爱因斯坦的广义相对论?

阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)的广义相对论是描述物质间引力相互作用的理论,它将引力场解释成时空被巨大物体(如恒星和行星)扭曲形成的现象。因此,扭曲的太阳时空解释了行星的弯曲轨道,这些行星轨道实际上是围绕太阳下落的。

在2018年5月发表的一篇题为《新广义相对论对水星近日点推进的贡献》的论文中,佛罗里达大学物理系的威尔·克利福德(Will Clifford)认为,由于广义相对论的间接影响,水星的轨道轨迹每20亿年移动一度。

这是个相当微妙的数字,但是这个尚未被证实的理论——太阳和木星之间的引力(以及太阳和其他行星之间的引力)对所有其他行星的轨道也有轻微的影响,可以被BepiColombo探测到。由于水星是离太阳最近的行星,这种影响在水星上是最容易被探测到。

BepiColombo的“水星转移模块”,它将在7年时间里通过地球和金星将两个轨道飞行器送到水星

为什么水星如此有趣?

我们不知道一颗行星是如何在如此接近太阳的情况下形成和演化的,也不知道水星的奇特化学性质。上个月在柏林举行的2018年欧洲行星科学大会(EPSC)上,两项研究强调了为什么BepiColombo的探测任务如此重要。

首先,水星可能在太阳系历史上很早就由来自星子的冷凝蒸汽形成。Aix Marseille大学的托马斯·罗尼特(Thomas Ronnet)说:“我们认为,在太阳系的早期,太阳系内部区域的星子可能是由经过再加工的物质形成的,这些物质由于遇到极端温度而蒸发,随后又重新凝结。”

其次,罗尼特的同事巴斯蒂安·布鲁格(Bastien Brugger)对水星内部进行了计算机模拟,结果显示水星内部有个致密的地幔,其中可能含有大量的铁元素。布鲁格表示:“随着BepiColombo的发射,我们将拥有全新的仪器来继续研究水星的独特属性,并试图更好地了解水星的结构和起源。”

BepiColumbo将要研究水星内部

BepiColombo如何到达水星?

虽然只有7年多点儿的时间,但BepiColombo经过的路线很复杂。尽管BepiColombo将结合太阳能和电力推进技术(考虑到它在重力辅助方面的工作),它将以正确的速度到达水星,这要归功于它的一次飞越地球,二次飞越金星以及6次飞越水星。然而,当它最终到达那里时,BepiColombo仍然需要化学推进引擎的推力来减慢速度,使MPO进入其轨道。

水星的彩虹颜色

能在夜空中看到水星吗?

由于水星是太阳系中离太阳最近的行星,从地球上看,这颗内部行星只能在黎明前或黄昏后才能看到。这个月,它在太阳后面,虽然它将在2018年11月6日日落之后重新出现在西方地平线上。

从2025年12月5日开始,BepiColombo将围绕水星运行1个地球年(大约4个水星年)。然而,第一次水星飞越将在2021年10月2日进行。毕竟,在太空旅行需要时间,但要将速度降下来需要更长的时间。(编译/金鹿)