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当人类第一次发射宇宙飞船探索太阳系时 ， 第一个被访问的行星是1962年我们最近的邻居金星 ， 下一个是1965年的火星 ， 然后是1973年的木星 ， 直到1974年的水星 。 这个顺序看起来有点奇怪 ， 地球和水星之间最近的距离是7700万公里 。 事实上 ， 它是平均距离我们最近的行星 。 地球和木星之间最近的距离是5.88亿公里 ， 几乎是地球和水星距离的8倍 。 1974年 ， 木星再次被造访 ， 1979年是两次 ， 1992年、1995年、2000年和2007年也都进行过多次探索 。 除此之外 ， 人类还向土星、天王星、海王星、彗星和小行星发射了多项任务 ， 而水星30年来却一次都没有 。 为什么水星被人类放弃了呢？我们是否在第一次任务中就发现了什么呢？答案是没有 。 第一次任务是探测器飞掠水星 ， 只绘制了水星表面的40-45% 。 事实上 ， 真正的原因是水星是我们整个太阳系中最具挑战性的行星之一 。
为什么呢?因为水星就像一个熔炉一样 。 由于它靠近太阳 ， 其表面温度高达430°C ， 所以任何访问它的探测器都需要具有高度的耐热性 。 但是 ， 同样的距离意味着 ， 任何发射到太阳的探测器都会由于来自我们恒星的巨大引力而加速得越来越快 ， 用火箭燃料来对抗这种情况就像在白水急流中游泳一样 。 为了对抗太阳的引力 ， 探索级飞船需要携带太多的燃料 ， 使飞船减速到足以进入水星的轨道似乎是不可能的 ， 但“信使号”任务改变了这一切 。
我是科学拓荒者 ， 今天我们将了解人类第一次也是唯一一次尝试将探测器送入太阳系中最难到达的行星轨道 。 对于航天器来说 ， 重量是一个具有挑战性的限制 。 飞船越重 ， 使其脱离地球轨道所需的火箭就越大 ， 一切也就变得越昂贵 。 为了降低成本 ， 科学家们试图让所有东西都尽可能轻 。 由于燃料所占的重量是科学仪器所必须的 ， 所以科学家们尽量只携带帮助他们完成旅程所必需的东西 。 然而 ， 在大约30年的时间里 ， 科学家们想不出任何方法来给一个探测器注入足够的燃料 ， 让它减速到足以进入水星的轨道 ， 尤其是如果他们想让探测器上也携带相关科学设备的情况下 。 因此 ， 在“水手10号” (Mariner 10)于1974-1975年成功飞越水星之后 ， 对水星的探索被搁置了 。
但在1985年 ， 轨道力学专家陈万延（Chen-Wan Yen）意识到 ， 有一种方法可以让探测器进入水星轨道 ， 而不需要新技术 。 相反 ， 他设计出了一个特定的轨道飞行器绕太阳系运行的路线 ， 该路线将使轨道飞行器的速度减慢到足以进入水星的轨道 ， 而且只需进行几次路线修正 。 只是轨道飞行器将需要走更长的路 ， 而不是直接到达水星 。 那有多长呢？根据陈万延的模型 ， 飞船将绕太阳运行约15圈 ， 飞越地球1圈 ， 飞越金星2圈 ， 飞越水星3圈 ， 最后减速到足以在第4圈进入其轨道 。 所有这些行星飞越将是必不可少的——通过掠过行星的大气层 ， 由于大气阻力和行星的重力 ， 至关重要的速度可以被削减 。 整条线路将覆盖79亿公里 ， 耗时6年半 。
陈万延的发现并没有立即得到重视 ， 但是1998年美国宇航局开始对这个想法产生兴趣 ， 在看到这条路线的可行性后 ， 他们在2004年发射了“信使号”探测器 。 信使号 ， 也就是一颗水星表面、空间环境、地球化学和测距探测器 ， 只有1.8米长 ， 1.3米宽 ， 重1100公斤 。 对于一个典型的NASA任务来说 ， 这是巧小而轻盈的 。 相比之下 ， “朱诺号”有20米长 。 “信使号”配备了一个强大的推进器 ， 一个保护它不受太阳伤害的陶瓷隔热罩 ， 两块太阳能电池板和一整套科学设备 ， 用于从水星上成像和测量数据 。 科学家希望利用这次机会尽可能多地了解水星表面的化学成分、地质历史、磁场和核心(以及其它东西) 。
“信使号”在太空中的第一年绕太阳运行了一圈 ， 然后再次与地球相遇 。 这让科学家有机会在一个已知的天体上测试它的设备 ， 以确保没有任何错误 ， 并根据需要做出任何调整 。 “信使号”拍摄了一些地球和月球的照片 ， 并测试了它的其他设备来读取我们的大气和磁层 。 幸运的是 ， 一切都很顺利 。 当“信使号”开始朝着太阳前进时 ， 它使用了一种巧妙的技术来帮助它减缓朝向太阳的加速度 。 它利用太阳能电池板“捕捉”太阳辐射 ， 就像轮船上的船帆捕捉海风一样 。 太阳辐射击中一个物体 ， 实际上会轻微地推动它 。 虽然这种力量非常小 ， 因为“信使号”的旅程太长了 ， 但它确实起到了效果 。 充分利用这一现象 ， 是信使号节省推进剂和自然减速的方法之一 。
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