特邀嘉宾：
国际宇航科学院中科院紫金山天文中科院空间科学与应用
通讯院士朱毅麟台研究员李广宇研究中心研究员赵华
“墨丘利”的永恒魅力
记者：同太阳系的其他行星相比,水星有什么特点？是什么原因让人们对它保持着这么旺盛的好奇心？
朱毅麟：物质结构、生命起源和宇宙演化是自然科学研究的三大基本问题,研究太阳系的形成与演变是研究宇宙演化最重要的内容。研究水星等大行星的形成与演变,不仅对于了解地球的起源与演变有重要意义,而且研究它们或干旱寒冷,或高温似火等极端环境的形成原因,对于保护地球环境也有深刻的启示。
美国的“水手”10号曾经在1974年和1975年3次飞越水星,发回了5000多张照片。从目前的研究结果看,水星的密度是太阳系九大行星中最大的,表面温度白天高达450℃,夜间又低至零下150℃。水星表面分布了很多环形山,与月球很相似。可与月球不同的是,水星表面还分布有隆起的陡壁和山脊,宛如苹果因水分蒸发后表面收缩而形成的皱纹。
更让科学家们感兴趣的是,水星有磁场,科学家们推测水星内部可能有同地球一样的高温液态金属核,直径可能超过水星直径的2/3,有一个月球那大。同时,水星的表面还有极稀薄的大气层,可是从力学理论上讲,一颗这么小的天体是不可能吸住大气层的。那么,究竟水星表面有什么物质使它形成了稀薄的大气层？还有更重要的一点,1991年科学家们在水星的北极发现的不同寻常的亮点是不是冰？这些问题都是“信使”号这次要解决的问题。
李广宇：自古至今,水星都是一颗谜一样的行星。它有如贴身侍从,紧紧追随在太阳的左右,淹没在主人的光芒中。即使在离开太阳最远的时候,我们也只能在落日余辉或朝阳晨曦中费力地寻觅。它发出银白色光华,在我国古代用当时认为的组成世界的五种基本要素之一――“水”来命名。它在星空中移动得比其他行星都快,赢得了希腊神话中脚生双翅的信使墨丘利的名字。
到了空间时代,水星之谜愈加深奥。九大行星中,它有着相似于地球的特性,与金星、火星和地球一道被归类为类地行星,并且创下了五项类地行星之最 最小,最致密,表面最古老,表面温度昼夜变化最剧烈,探测得最少。解开水星之谜,寻找出那些使它演变成现在这个样子的力量,是解开类地行星,特别是我们生存其上的地球的形成和演化之谜的一个关键,因而受到了特别的重视。
赵华：“信使”号主要将完成6项科研任务。1、为什么水星的密度这样高;2、水星的地质历史;3、水星的内核结构;4、水星磁场的形成及其特性;5、水星的两极是否存在冰;6、水星是否存在挥发性气体,如果存在,是哪些气体。
为了完成这些科学目标,“信使”将携带从事水星表面研究的水星双成像系统（MDIS）和水星激光高度仪（MLA）、从事水星“地球化学”研究的伽马射线和中子频谱仪（GRNS）与X射线频谱仪（XRS）、从事水星空间环境研究的高能粒子和等离子体质谱仪（EPPS）与磁强仪（GRNS）以及从事测距研究的水星激光高度仪MLA等。
一举多得的宇宙征程
记者：由地球到水星的最近距离只有8千万千米,最远距离也不超过2亿2千万千米,飞船如果走以太阳为中心的椭圆形轨道,也就是我们通常说的“直接飞”,两三个月即可到达。为什么“信使”要走7年呢？
李广宇：科学家为“信使”号设计了一个相当复杂的旅程 它于2004年8月2日发射进入围绕太阳运行的轨道,一年后回家“省亲”,从距地面2848千米的高度上飞过,受地球引力助推,改变轨道飞向金星。随后的两年内它两临金星,然后受金星助推,飞向水星。再后两年内它三临水星,每次的掠过水星表面的高度都是300千米。大行星的每一次助推,都有效地增加飞船的速度。当2011年3月18日,“信使”号第四次飞临水星时,它与水星的相对速度已减小到每秒867米,最终被水星俘获成为它的人造卫星,进行为期一年的探测。
这样的设计可以一举多得。“信使”号每次飞过金星和水星的行程都负有探测任务。精心设计的飞越路线使它能拍摄到行星的向阳面,还能探测到20多年前水手10号飞船没有探测过的水星区域。当2006年10月24日它飞越金星时,我们就能得到第一批成果。
赵华：把几个月的路程用7年来走,利用行星的引力来改变卫星的轨道,这种设计减少了卫星需要携带的燃料量,降低了发射时的风险。
记者：从发射到进入水星的轨道,“信使”号将在太空中孤独地漫游7年时间。在这7年的时间里,“信使”号可能会遇到哪些困难？它能顺利地到达水星吗 ？
赵华：在太空中,卫星可能会受到太阳风暴的影响,或者是受到陨石、宇宙尘埃的碰撞。可是,经过严格的计算,这种情况发生的可能性很小。一般说来,卫星的风险主要发生在发射和变轨的阶段,一旦进入太空,它的飞行比我们在马路上开车要安全得多。
“信使”进入水星轨道时的速度控制是相对比较难的。速度太快,“信使”就可能飞出水星轨道,变成围绕太阳飞行的碎片。可是如果速度太慢,“信使”就可能撞到水星坠毁。但是,美国在这方面的技术已经很成熟了,应该没有什么问题。
朱毅麟：“信使”在太空将严格按天体力学、行星运动的规律沿精确计算好的路线飞行,7年的飞行过程中,始终与地面保持联系,在地面的监控之下,如发现异常情况,地面能发出遥控指令使其恢复正常。一般说来,飞行路线可能会偏离规定的路线,这时可采取中途修正措施,开动探测器上的发动机调整飞行路线。
美国已经在研制深空探测器上积累了多年的经验,技术上比较成熟,器载的仪器设备工作寿命都按10年以上设计,并经过在地面模拟太空和行星的极端环境条件下的试验考核,可靠性比较高。当然,谁都不敢说在这7年里“信使”号是万无一失的,可是估计不会出现大问题。
李广宇：“信使”号将遇到的一个关键问题是太阳的强热。水星距离上的太阳光要比我们这里的明亮11倍,水星表面的温度达到450摄氏度,熔点较低的金属锡、铅、锌等,都要化为液体。但是,“信使”号装备了耐热陶瓷材料制成的遮阳罩,为舱内的仪器设备创造了室温条件。
与地面测控中心的通讯联络是另一个重要问题,以往太阳系探测历史上,也发生过飞船离开地球、甚至在即将到达目标前与地面失去联络,不知所踪的情形。但是“信使”号采用自导航技术,装备了环形X波段相控阵天线,能够可靠地向地面传送数据和接受指令。而且,它控制系统的核心硬件是两个25MHz的主处理器和一个10MHz的故障保护处理器,均是非常先进的。应该不会有什么问题。
空间探测推动科技进步
记者：今年似乎成了美国的“太空年”：1月,“勇气”号、“机遇”号相继在火星成功着陆;7月,“卡西尼”号顺利进入土星轨道。美国频繁开展深空研究的目的是什么呢？
李广宇：对于美国这样的发达国家来说,发展空间探测是保持其技术进步的一条捷径。空间任务的严酷环境、困难程度,以及不容失败的可靠性要求,都是地面工程无法比拟的。在此过程中开发的技术、锻炼的人才,形成的理念和规范,甚至于失败的教训,对于国民经济和国防建设都是无比宝贵的。更不用说现今科学基本理论的进步在很大程度上依赖于空间探测的成果。空间探测虽然需要极大的投入,但这些投入会从经济发展、国家安全和科学与社会的进步中十倍百倍地回收。
记者：作为发展中国家,由于历史原因,我国与美国等发达国家相比,在深空探测上还有很大差距,应该如何赶上呢？
赵华：中国要发展航天事业,开展空间探测是主要方式之一。国家应该对空间探测形成稳定的资金、人力和物力的支持,并形成制度。一般说来,一个空间探测计划从制定到实施,也就是把卫星发射上天,需要十多年的时间。只有国家形成稳定的支持,科学家们才能形成长远规划,才有利于我国航天事业的发展。
