發(fā)射衛(wèi)星靜候星際天體？守株待“星”也非易事

2017年10月，太陽(yáng)系第一顆星際天體“奧陌陌”闖入人們的視線，轉(zhuǎn)悠了2個(gè)月后，它便逃離太陽(yáng)系飛向宇宙深處。2018年12月，太陽(yáng)系迎來了第二顆星際天體——“鮑里索夫”（Borisov），不久前有報(bào)道稱這顆“天外來客”可能正在解體。

一次又一次錯(cuò)過“親密接觸”的機(jī)會(huì)，讓人既無奈又倍感惋惜，畢竟這樣的機(jī)會(huì)千載難逢。

近日，在美國(guó)麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)研究中，研究人員提出利用太陽(yáng)“彈弓”技術(shù)攔截星際天體，這項(xiàng)研究或?yàn)閷?shí)現(xiàn)近距離觀測(cè)星際天體提供可能。

利用“彈弓”迎客

雖然人類目前發(fā)現(xiàn)的星際天體只有2顆，不過科學(xué)家認(rèn)為這種“拜訪”在太陽(yáng)系內(nèi)每年都會(huì)出現(xiàn)十幾次。

在地球上觀測(cè)星際天體很難嗎？?jī)H憑現(xiàn)有技術(shù)確實(shí)很難。

首先，星際天體的尺寸非常小，比如“奧陌陌”，它的直徑只有160米；其次，星際天體的飛行速度非�？�，“奧陌陌”沖進(jìn)太陽(yáng)系的速度在每秒26千米，“鮑里索夫”則為每秒32.2千米，想要在觀測(cè)的最佳時(shí)間段內(nèi)追上他們，僅憑現(xiàn)有技術(shù)難度很大。

或許，向星際天體發(fā)射衛(wèi)星可以給近距離觀測(cè)帶來希望。

美國(guó)麻省理工學(xué)院航空航天系助理教授林納雷斯（Linares）提出，可以利用“動(dòng)態(tài)軌道彈弓”與星際天體交匯，來替代傳統(tǒng)空間飛行任務(wù)。之所以被稱為“彈弓”，是因?yàn)榘凑赵O(shè)想，衛(wèi)星、星際天體的運(yùn)行軌跡和太陽(yáng)會(huì)形成類似彈弓的形態(tài)。

林納雷斯的計(jì)劃，是發(fā)射一組靜態(tài)衛(wèi)星，從地球軌道轉(zhuǎn)移到太陽(yáng)系邊緣軌道。當(dāng)?shù)竭_(dá)太陽(yáng)系邊緣時(shí)，衛(wèi)星依靠太陽(yáng)帆平衡太陽(yáng)風(fēng)的壓力和太陽(yáng)的引力，保持相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，等待“天外來客”到訪。

按照設(shè)想，一旦星際天體出現(xiàn)，在合適的時(shí)刻，衛(wèi)星就收起太陽(yáng)帆，朝著太陽(yáng)墜落，墜落過程中衛(wèi)星速度會(huì)變得極快。與星際天體交匯時(shí)，衛(wèi)星會(huì)降速以匹配天體速度。在這段短暫的交匯時(shí)間里，衛(wèi)星可以在最接近天體的距離內(nèi)，抓拍到近距離照片。

如果“動(dòng)態(tài)軌道彈弓”的設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)，那么衛(wèi)星近距離拍攝到的照片就可以為科學(xué)家研究星際天體提供牢靠的基礎(chǔ)。

不過，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員季江徽認(rèn)為，研究者提出的太陽(yáng)系邊緣概念含糊：“他們沒有界定太陽(yáng)系邊緣到底是什么位置。事實(shí)上，科學(xué)界對(duì)太陽(yáng)系邊緣還沒有一個(gè)確切的定論。一般天文學(xué)家認(rèn)為奧爾特云是太陽(yáng)系的邊緣。也有人將太陽(yáng)風(fēng)與星際介質(zhì)相互作用所形成的、距離太陽(yáng)80—150個(gè)天文單位（一個(gè)天文單位約為1.496億千米）的邊界區(qū)域稱為太陽(yáng)系邊緣。”

2016年，霍金提出“攝星計(jì)劃”，旨在打造光帆動(dòng)力晶片飛船，探索距離太陽(yáng)系最近的恒星系統(tǒng)——半人馬座比鄰星。2019年，由英國(guó)領(lǐng)導(dǎo)、22國(guó)參與建造的“彗星攔截者”探測(cè)器計(jì)劃，在2028年將探測(cè)器送入距離地球150萬千米的軌道“守株待彗星”。中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)中也布局了類似概念的預(yù)研項(xiàng)目，來探測(cè)星際天體或長(zhǎng)周期彗星。

這么看，“運(yùn)態(tài)軌道彈弓”也不是什么新鮮事。

許多問題亟待解決

受限于目前的探測(cè)能力，太陽(yáng)系邊緣對(duì)于我們來說似乎太過遙遠(yuǎn)，在地球上操控衛(wèi)星讓其追蹤星際天體，有很多問題值得商討。

一束光線從太陽(yáng)出發(fā)到達(dá)地球需要大約8分鐘，太陽(yáng)到地球的平均距離為一個(gè)天文單位，假設(shè)衛(wèi)星要到達(dá)距離地球100個(gè)天文單位的位置，信號(hào)傳遞大約需要13個(gè)小時(shí)，一來一回就是26個(gè)小時(shí)�！皬陌l(fā)出信號(hào)到接收信號(hào)，需要花費(fèi)一天多時(shí)間，所以數(shù)據(jù)傳輸非常困難。”季江徽說。

失之毫厘謬以千里，在無邊無際的宇宙中，哪怕是短暫延遲都會(huì)對(duì)預(yù)期結(jié)果產(chǎn)生巨大的影響。

還有一個(gè)問題，就是如何確定星際天體的位置。季江徽把天體定位比喻成大海捕魚：“星際天體可能在太陽(yáng)系任何一個(gè)方向現(xiàn)身，我們不知道它會(huì)什么時(shí)候來，會(huì)在哪里出現(xiàn)�！�

除此之外，能源供應(yīng)、打造面積與質(zhì)量之比極大的太陽(yáng)帆等技術(shù)問題都會(huì)成為捕捉星際天體的“攔路虎”。這些問題亟待科學(xué)家解決。

雖然技術(shù)問題尚未攻克，不過季江徽認(rèn)為此舉對(duì)我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展具有借鑒和推動(dòng)意義：“我國(guó)科學(xué)家提出了太陽(yáng)系邊際探測(cè)計(jì)劃，也就是在2049年時(shí)我們國(guó)家的航天器要到達(dá)100個(gè)天文單位以遠(yuǎn)的太陽(yáng)系邊際探測(cè)。打造類似的航天器，會(huì)給我們?cè)谛虏牧�、能源、太�?yáng)帆推進(jìn)、遠(yuǎn)距離行星際通信等方面的研究帶來極大的牽引作用�！�