#發行日期:1985、12

#期號:0192

#專欄:

#標題:外太空的第三類接觸

#作者:何丹曦•劉康克

賈-秦彗星

   

圖一:望遠鏡中所見到的賈-秦彗星的光團和尾巴。其固體的核太小無法見到;光團中心的黑點代表彗星氣團的電離層(ionosphere)。ICE衛星穿過尾部的路徑距彗星核大約只有一萬公里。圖上的標尺顯示彗星尾巴非常長,全長超過50萬公里。
圖二:國際彗星探險者號(ICE)人造衛星。其高度為1.5公尺,通過中心的管狀短波天線,從一端到另一端全長為13公尺。在四周的細天線全長為91公尺。
圖三:ICE衛星的行程。

 

 

 

外太空的第三類接觸


你知道太陽系中的彗星碰到的第一個人造物體是什麼嗎?

九月上旬,當蘇俄、日本、歐洲國家興致勃勃地將哈雷彗星探測衛星送上太空之後,卻發現前面早已有個老大哥──美國的「國際彗星探險者號」(International Cometary Explorer,簡稱ICE)在太空中了。由於飛行多年,幾乎是一顆「古老」的人造衛星了。今年九月十一日,ICE掃過一個鮮為人知的賈-秦彗星(Giacobini-Zinner)的尾巴(見圖一),成為第一個與彗星正面接觸的人造物。

半噸重的ICE安然度過這場危險的遭遇戰,並且送回就近觀測賈-秦彗星長尾巴的珍貴資料,使美國國家航空太空總署(NASA)在馬里蘭州的戈達(Goddard)太空飛行中心的科學家們大為振奮。因為,1981年美國國會否決了一項哈雷彗星的探測計畫,如今美國的天文學及太空科學家終於可以一吐心中的怨氣了。

ICE其實是個老手,在它展開此次十億公里的彗星探測飛行之前,已經在太空中飛行超過五千萬公里。這枚高1.5公尺、直徑1.7公尺的鼓狀衛星(見圖二),發射於1978年八月十二日。當時是「國際太陽-地球探險家計畫」三枚衛星中的一個,命名為ISEE-3,它的軌道是繞行距地球150萬公里的太陽與地球之間的平衡點(在該處,太陽的引力剛好抵消地球的引力)。它的任務是,研究太陽風對地球磁場的作用。但是,當它剛剛嗅到太陽風時,它的飛行指揮官──NASA的航空太空工程師法奎爾(R.Farquhar)──就在計算派它去觀測彗星。法奎爾解釋:「因為它是設計來偵測電漿波(plasma wave)的,而彗星的尾巴奡N是這玩意兒。」

法奎爾本來想讓ISEE-3去直接觀測哈雷彗星,因為這樣可以省掉再發射一枚更精密衛星所需的三億五千萬美元。但是,他卻發現嬌小的ISEE-3的訊號傳送設備無法在距離地球一億三千萬公里處(此處為哈雷彗星最接近人造探測衛星的地點),將資料送回來。進一步的研究顯示可以讓它去觀察賈-秦彗星,雖然不如哈雷彗星吸引人,卻實際得多。賈-秦彗星每六年半繞太陽軌道一週,當離地球約七千萬公里時,可以很容易的用人造衛星造訪它,而這距離還在ISEE-3無線電涵蓋範圍之內,可以將觀察所得送回地球。而且更妙的是,在其他衛星與哈雷彗星碰頭的前半年,它就可以和賈-秦彗星打照面了。

在一場馬拉松式的「腦力激盪會」之後,法奎爾等人終於設計出一條衛星路徑,其複雜有如一團麵線(見圖三)。1982年六月,他們利用電腦指令及輕微的火箭推進,使ISEE-3由平衡點軌道進入了地球軌道。在它一圈又一圈的路徑中,要經過月球五次,每一次都利用月球的引力增加本身的速度。最近一次通過月球是在1983年十二月,當時距離月球表面只有120公里,被月球的引力以每小時七萬二千公里的速度甩向賈-秦彗星。NASA於是信心十足地將它命名為ICE(國際彗星探險者號)。

但是,彗星是個難以捉摸的東西。因為它飛向太陽時溫度不斷升高,容易揮發的物質蒸發以後,形成彗星前端的髮狀光團(coma)以及發光的尾巴。有時候,突發的爆炸會令它的航向發生難以預測的偏移。因此,工程師們必須經常修正ICE的飛行軌道。另一個隱憂是,因為ICE的原始設計並非用來追蹤彗星,所以沒有防塵罩,而且,由於飛行速度太快(每秒21公里),一粒沙子大的彗星碎片都可能將它的太陽電池板擊毀。此外,由於彗星塵埃的遮蔽,可能使得太陽電池的功率減低,無法供應足夠電力給儀器使用。

然而,經過這次與賈-秦彗星的遭遇戰之後,這些憂慮都可以擱到一旁了。ICE不但毫髮無損地通過距彗星中核18萬公里的「首衝波」(bow wave)──彗星突破太陽風時所產生的衝擊波(shock wave),並且接著又通過賈-秦彗星的尾部前段,此處距離中核大約一萬公里。

也許有人會批評ICE追彗星只是湊熱鬧而已,因為它到底不是設計來觀測彗星的。的確,最令人失望的是ICE上沒有攝影設備,所以無法送回彗星的影像。但正因為如此,所以它的路徑與其他衛星大不相同。別的衛星為了要拍下彗星的影像,所以都是在彗星前面通過,因為若跟在彗星後面,拍攝彗星時必定會向著太陽,影像就完全被陽光所蓋過了。ICE反正無法拍攝影像,所以就從彗星尾部通過。上面的儀器可以測帶電粒子的質量/電荷比,也就相當於質譜儀,測量範圍從0.9到34。這種測量是其他衛星無法做到的。因此ICE傳回了對彗星尾部的重要觀測資料如:賈-秦彗星尾巴的寬度比預料中的4,827公里還要寬五倍;還發現水及一氧化碳的帶電分子。同時也首次證實了長久以來的理論:彗星是個帶了雜質的大雪球。

ICE的任務尚未完了,明年三月它會在哈雷彗星前面飛過去,為其他衛星的探測做舖路的工作。並且它將維持在一個軌道上,三十年後會再一次接近地球。法奎爾建議說:如要收回衛星,可先將它導入較低的軌道,再由太空梭前往收回。到時候,依然覆蓋在衛星上的彗星塵,將是科學家爭相研究的對象。究竟何時可以展開這項收回行動呢?法奎爾說:「我們估計,時間大概是西元2012年八月二日。」

(本文取材自:Time, Sept.23, 1985 & EOS66(36), Sept.3, 1985.)

何丹曦政治大學新聞系畢,劉康克任職於中研院地球科學研究所,本刊編輯委員

賈-秦彗星

賈-秦彗星首先是在1900年,被天文學家賈可比尼(M. Giacobini)在法國的尼斯觀察到。1913年,又被秦諾(E. Zinner)在德國的漢堡再度觀察到。因而定名為賈-秦彗星。它最亮時,只相當於8等星,所以無法用肉眼看見。其質量大小約為哈雷彗星的1/3到1/10,週期為6.5年,近日點距太陽1.03天文單位(AU),所以很容易由人造衛星探測。

 

 

 
   

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