水星离地球最近?却最难到达:这是为啥?

【菜科解读】
如果提问太阳系八大行星中距离地球最近的行星是哪颗,估计很多人都会选择金星,因为它在轨道上距离地球最近。
图源:JACOPIN/BSIP SA/Alamy Stock Photo
但实际上,就平均距离而言,距离地球最近的行星是水星,同时水星也是距离所有太阳系行星平均距离最近的天体。
原因很简单,当这些行星绕太阳运动的时候,任何两颗行星都有可能彼此远离(想象两颗行星可能会在太阳的两边),而水星距离太阳最近,因此水星距离其它行星的平均距离差不多就是其它行星的轨道半径而已。
然而,虽然水星是距离地球平均距离最近的行星,但是水星上目前连一颗轨道航天器都没有,历史上也没有任何一颗航天器着陆过水星。
贝皮可伦坡号(BepiColombo)是人类正在进行的水星轨道探测器任务,它是由日本和欧洲联合研制的,于2018年10月份发射,没有意外的话会在2025年12月份进入水星轨道。
贝皮可伦坡号,图源:NASA
贝皮可伦坡号飞行时间达到了7年多,这个时间几乎和人类发射的木星轨道航天器飞行时间相当,但地球距离水星的距离只是距离木星的十分之一左右。
那么,有趣的问题是,既然水星距离地球近,为什么探测器却很少,探测器的飞行时间要这么长?
到目前为止,加上我们前面提到的正在飞往的贝皮可伦坡号,人类总共向水星发射了三颗探测器。
水手10号,图源:NASA
第一颗是1973年的水手10号,它其实仅用了 147天就抵达水星,1975年3月 24日任务结束,不过它总共只和水星碰头了三次(三次飞掠),拍摄了一些水星照片。
在水手10号之后的几十年里,就再也没有探测器和水星接触了,甚至因为它距离太阳太近了,连望远镜都很少对准它,比如哈珀太空望远镜到处拍,就是没有拍过水星。
另一方面,由于水手10号只拍摄到了45%的水星向阳的表面,所以你敢相信吗?在过去的很长时间里,人们都认为水星已经被太阳潮汐锁定了。
第二颗探测器是信使号,它是2004年8月份发射的,2011年进入水星轨道,这颗探测器也是足足飞行了7年多。
信使号,图源:NASA
与水手号不同的是,信使号进入了水星轨道,绕着水星飞行了一年左右才任务结束。
简单地说,你只是飞跃水星的话确实不需要多少时间,但是要进入水星轨道就要很长时间。
为什么进入水星轨道要7年多?
其实,要进入水星轨道非常困难,这就是为什么都没有水星探测器的原因所在。
这种任务需要巨大的能量——据信到达水星的能量甚至比到达太阳系外层矮行星冥王星所需的能量还要多。
原因很简单,水星距离太阳太近了,同时它自身又太小了。
距离太阳太近,意味着探测器靠近水星时会被太阳巨大的引力不停加速,而水星自身质量小,意味着它没有足够引力来捕获快速飞行的探测器。
如果要让探测器进入水星轨道,就需要让它减速下来,而要让探测器减速有两种方法:
一个是携带足够燃料来反向推进,但是这个方法对进入水星轨道根本行不通,即便使用地球上最大的火箭也无法携带足够燃料来让探测器减速到足以进入水星轨道。
不过,一些天才科学家想到了第二种方法,就是利用引力弹弓来减速探测器。
引力弹弓本质是利用天文物体的相对运动和引力来改变航天器的运行路径和速度,它可以加速,也能减速,区别就在于探测器和天文物体运动的相对方向。
简单地说,如果弹射后的速度方向与天体运动方向相同,那么就是加速,相反则是减速。
引力弹弓其实就是解决燃料不足的方案,但是它缺点就是需要更长时间,因为你需要不停飞跃其它天文天体。
#p#分页标题#e#图:引力弹弓的几种情况
目前,探测器要进入水星轨道的话,必须经过数次的引力弹弓减速,从地球到金星,再到水星,需要不停进行引力弹弓减速,直到减速到足以进入水星轨道的速度。
对于贝皮可伦坡号而言(信使号的方案不同),它在地球上完成了一次飞跃,金星上两次,水星上会进行6次——现在已经飞跃并减速了2次,没有意外的话再减速4次它就会进入水星轨道了。
贝皮可伦坡号是以意大利工程师 GiuseppeColombo的名字命名的,他就是研究研究利用行星飞越来修正太空任务轨迹的先驱之一。
我们现在对水星的了解其实大部分都来自信使号,但是很多都只是理论,而贝皮可伦坡号任务将会对这些理论进一步寻找证据和证实,比如这次任务可能会解决水星磁场的问题(水星大小的月球,以及更大的火星都失去了磁场,但水星却有磁场还是比较奇怪的)。
最后
其实,要登陆水星也是相当困难的,因为水星缺乏大气层,没法进行空气制动来着陆,只能通过燃料来制动。
但是携带更多燃料会让任务变得更加困难,所以至今没有水星着陆的任务。
不过美国宇航局计划2035年发射水星着陆的任务——这个任务预计需要飞行10年时间。
没有太阳地球会变成什么样子:进入冰河时代 人类难以存活
太阳系中的行星都是围绕着太阳来进行公转和自转的,那么假如没有太阳地球会变成什么样子呢?首先地球就不再绕着太阳公转,没有太阳的话地球上也就不会有光,气温也会开始快速下降,慢慢进入冰河时代。
因为地球上的光和热都是由太阳提供的,因此如果没有太阳的话地球上就没有这些东西了,相应的,地球上的动植物也会很快死去,人类也只能躲到家中,但是等到原料用尽之后大家也将无计可施,也许人类也会因此走向灭亡。
没有太阳人类能活多久太阳系没有太阳之后,地球在一个星期的时间内温度将会下降到将近零下二十度,然后再过一段时间,地球上的温度就会降低到零下200度左右,动植物会相应死去并灭绝,没多久人类就会因能源耗尽而死。
太阳的寿命还有多少年太阳的寿命应该还有大约五十亿年左右,因为目前太阳正处于核聚变的稳定时期,因此太阳暂时是不会出现问题的,然后大概再过十五亿年之后,太阳的氢元素就消耗殆尽了,这时太阳就会变得不稳定,对地球造成一定的影响。
太阳每天只出现四个小时,黑暗统治地球
虽然1859年那次全球电网瘫痪事件上演可能性不大,到我们也算是领教了恒星活动的威力。
在可预见的未来,恒星活动只会干扰我们的正常生活,形成致命事件的可能性仍然很小。
谢顿认为,许多人都认为小行星对人类生存的影响是致命的,但其发生的概率依然偏低,就算我们处于300万年一次的周期边缘,也有很大的侥幸空间。
对抗小行星的方法也比较成熟,偏转轨道、击溃小行星等都可以实现,这方面的担心其实不用太多。
而比小行星撞击还要棘手的,那就是连发生周期都无法估算的超级火山爆发。
大约在公元536年开始,北半球的欧洲、中东和亚洲部分地区开始被一种神秘的尘埃、大雾笼罩,长达一年半的时间。
环境温度下降、黑暗时间拉长,导致了瘟疫、饥荒、战争和流感大流行。
在北半球的大部分地区,作物歉收,极端干旱,东亚一些低纬度地区还发生了降雪。
现在这个事件的始作俑者基本查明,这是由冰岛火山爆发引发的全球性灾难事件。
这次火山喷发一直到公元640年才基本结束,其中黑暗笼罩着北半球18个月,每天能看到太阳的平均时间只有4个小时,尤其是在公元536的夏天,北半球除极区外的部分地区温度降到了1.5至2.5摄氏度,这也是2300多年来最寒冷的时候。
事件的起因在很长时间内仍然是一个谜,其发现也是通过历载,结合树木年轮分析,确定在公元536年开始了聚变。
冰岛超级火山在公元540年和公元547年两次爆发,火山活动产生了数百万吨的尘埃,扩散到北半球的大部分地区。
农作物减少了光照时间,也减产,爱尔兰甚至将这段时期描述成黑洞的时代。
根据对冰芯的元素分析,硫、铋和火山灰沉积物在公元536年之后大量沉积,也是2000多年来最冷的一个冬季。
粮食的减产也导致东罗马帝国君士坦丁堡需要大量的粮食补给,这座数十万人口的大城市需要更多的粮食。
于是大量的粮食从埃及运到了君士坦丁堡,随之而来的还有老鼠。
结果又把鼠疫给带到了君士坦丁堡,促进了公元541至542年爆发的查士丁尼瘟疫流行。
这次鼠疫集中在地中海沿岸国家,从公元541年开始之后的100多年,鼠疫让欧洲人口减少将近一半,东罗马帝国实力大受影响。
如今超级火山对人类而言依然是无解的灾难,甚至比小行星撞击还要棘手。
因为我们对超级火山爆发的干预措施几乎没有,而小行星撞击好歹也知道从哪儿下手,何时开始预警,超级火山喷发一旦激活,可以说只有招架的份儿。
目前排名第一的应该是黄石火山了,最近一次喷发在公元前63万年,深度改变了全球气候。
1883年,喀拉喀托火山喷发,摧毁了上百个村庄的3.6万人。
该火山在公元535年的喷发更大,与冰岛火山喷发一起影响了整个北半球。
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