发布时间:2015-01-06

2014年11月12日，欧洲空间局的罗塞塔号飞船释放出的菲莱登陆器在彗星67P/C-G上成功着陆，创造了人类航天器首次在彗星上软着陆的历史。我们为什么要探测彗星？这一壮举是如何实现的？罗塞塔和菲莱在彗星上看到了什么？

太阳系形成时留下的"化石"
罗塞塔号飞船携带的菲莱登陆器于2014年11月12日在彗星67P/C-G上成功登陆，举世瞩目。这是有史以来最昂贵的深空探测项目之一，耗资约13亿欧元（约100亿人民币）。花费如此巨资去探测一颗遥远而又不起眼的小小彗星，到底是为了什么？
"科学，特别是天文科学的研究，很重要的一个内容就是探寻宇宙万物的来源，包括生命的起源。"从1985年就开始参与罗塞塔计划的台湾中央大学叶永烜教授说。太阳系八大行星中，只有地球表面的大部分面积被水所覆盖，也只有地球上遍布着形形色色的生物。在太阳系之外，我们至今仍没有发现像地球这样的"宜居星球"。那么，地球上的水是从哪里来的，生命又来自何方？
根据目前的研究，在太阳系形成的早期，有一个巨大而炙热的气体盘围绕着位于中心的幼年时期的太阳旋转。随着温度迅速降低，气体慢慢凝结成微小的尘埃。之后几百万年的时间里，这些尘埃在引力的作用下收缩、聚集，不断成长，形成了无数几公里大小的小行星和彗星。它们唯一的区别在于成分的不同：彗星富含易挥发的水冰、干冰、一氧化碳冰以及有机物，而小行星主要是由不易挥发的石质物质组成。随后，大部分这样的彗星继续由于引力的作用而吸积在一起，形成了今天的巨行星的内核以及它们的卫星；极小部分彗星则被大行星的引力作用弹射出太阳系，或者弹射到离太阳很远的轨道上。这些被弹射的彗星距离太阳非常遥远，温度极低，在形成至今的46亿年里，物理结构和化学成分基本没有发生什么变化，就像在一个巨大的天然冰窖里被完好保存的化石。
相比之下，大行星的地热活动剧烈，而且离太阳比较近，会受到太阳的强烈加热，这一切使得大行星经历了非常复杂的演化过程，现在的状态和形成之初相比已经截然不同。想想我们的地球所经历的沧海桑田，就可以体会到这一点。"从地球上随便捡一块石头，它并不能告诉你在几十亿年前发生了什么事情。"叶永烜教授说。所以，想要了解地球的起源，单靠对地球本身的研究还远远不够。目前所有关于小天体（包括彗星）的研究，根本目的正是研究太阳系的起源，从而了解为什么会有我们现在所生活的这个地球。不仅如此，我们还希望找到太阳系外像地球这样的宜居行星。
地球形成于并且基本上一直位于距离太阳一个天文单位的地方。而在这个距离上，水和有机物并不能够凝结成固体被吸积到地球上，所以地球的原始组成里面应该是不含水的。目前，人们认为地球上的水和有机物都可能是由小行星和彗星带来的。从这个角度来说，研究彗星上的水和有机物的性质，就是在寻找我们自己的起源。
叶永烜教授介绍，通过分析彗星上的水和地球表面的水的同位素组成（例如氘和氢的比例），就可以判断地球上的水是否来自彗星。此前的观测发现，不同彗星上水的同位素比例很不一致，这也许是因为我们的测量还不够准确。所以这次登陆67P，一个很重要的任务就是测量氘和氢的比例。
"到目前为止，已知的彗星共有大约5200颗。"云南天文台研究员杨彬介绍。观测结果表明，不同彗星的物理性质及化学成分有极大的不同。而我们可以观测到的彗星的数量，和数以百万计的小行星比起来也是少得可怜。由于这些原因，对彗星的研究目前还处于大量收集数据的最初阶段。但正是因为彗星的神秘，让我们对它们更加好奇。
"我们最感兴趣的是彗星的彗核，但是彗核也是最难观测到的部分。"杨斌说。当彗星靠近太阳时，彗核会被太阳加热所产生的大量尘埃和气体所包裹，无法直接观测。要研究完全没有被彗发遮挡的彗核，必须要在彗星远离太阳的地方，通常要在木星的轨道以外。但彗核通常都很小。目前所知最大的彗星是海尔-波普彗星，它的彗核直径约有70公里。其他绝大多数彗星的彗核只有几百米到几公里。"要从地球上观测木星轨道外直径不到10公里的彗核，就如同要在北京观测一粒远在1500公里外的成都的花生米。"杨彬说。目前为止，只有极少数的彗核被哈勃空间望远镜成功地观测到。我们对于彗核化学成分以及彗核的物理性质的了解大都是通过间接观测彗发和彗尾而获得的。另一方面，气体的挥发会改变彗星的轨道，使得彗星的精确位置难以预测，有些彗星甚至会因为这个原因而暂时或者永久失踪。因此，登陆彗星，将科学实验室带到彗核上展开实地研究，或是到彗星上采样带回地球，是天文学家多年来的梦想。"对于彗星的研究是天文学最重要的几个热点话题之一。罗塞塔号是第一次零距离获取彗星的详细信息，它的每一个发现都是我所关注的。"紫金山天文台赵海滨研究员说。