[科普中国]-行星探测

历史

1760年有人猜测太阳系内的行星离太阳的距离构成一个简单的数位系列。按这个系列在火星和木星之间有一个空隙，这两颗行星之间也应该有一颗行星。18世纪末有许多人开始寻找这颗未被发现的行星。著名的提丢斯-波得定则就是其中一例当时欧洲的天文学家们组织了世界上第一次国际性的科研专案，在哥达天文台的领导下全天被分为24个区欧洲的天文学家们有系统地在这24个区内搜索这颗被称为“幽灵”的行星但这个专案没有任何成果

1801年1月1日晚上，朱塞普·皮亚齐在西西里岛上巴勒莫的天文台内在金牛座里发现了一颗在星图上找不到的星皮亚齐本人并没有参加寻找“幽灵”的项目，但他听说了这个项目，他怀疑他找到了“幽灵”，因此他在此后数日内继续观察这颗星。他将他的发现报告给哥达天文台，但一开始他称他找到了一颗彗星。此后皮亚齐生病了，无法继续他的观察。而他的发现报告用了很长时间才到达哥达，此时那颗星已经向太阳方向运动，无法再被找到了。

高斯此时发明了一种计算行星和彗星轨道的方法，用这种方法只需要几个位置点就可以计算出一颗天体的轨道高斯读了皮亚齐的发现后就将这颗天体的位置计算出来送往哥达。奥伯斯于1801年12月31日晚重新发现了这颗星后来它获得了谷神星这个名字。1802年奥伯斯又发现了另一颗天体，他将它命名为智神星。1803年婚神星1807年灶神星被发现。一直到1845年第五颗小行星义神星才被发现，但此后许多小行星被很快地发现了。到1890年为止已有约300颗已知的小行星了，

1890年摄影术进入天文学，为天文学的发展给予了巨大的推动。此前要发现一颗小行星天文学家必须长时间记录每颗可疑的星的位置，比较它们与周围星位置之间的变化。但在摄影底片上一颗相对于恒星运动的小行星在底片上拉出一条线，很容易就可以被确定。而且随着底片的感光度的增强它们很快就比人眼要灵敏，即使比较暗的小行星也可以被发现。摄影术的引入使得被发现的小行星的数量增长巨大。1990年CCD摄影的技术被引入加上电脑分析电子摄影的技术的完善使得更多的小行星在很短的时间里被发现。今天已知的小行星的数量约达70万

一颗小行星的轨道被确定后，天文学家可以根据对它的亮度和反照率的分析来估计它的大小。为了分析一颗小行星的反照率一般天文学家既使用可见光也使用红外线的测量。但这个方法还是比较不可靠的，因为每颗小行星的表面结构和成分都可能不同，因此对反照率的分析的错误往往比较大，

比较精确的资料可以使用雷达观测来取得。天文学家使用射电望远镜作为高功率的发生器向小行星投射强无线电波通过测量反射波到达的速度可以计算出小行星的距离。对其他资料（衍射资料）的分析可以推导出小行星的形状和大小。此外，观测小行星掩星也可以比较精确地推算小行星的大小，

现在也已经有一系列无人太空船在一些小行星的附近对它们进行过研究，1991年伽利略号在它飞往木星的路程上飞过小行星951，1993年飞过艾女星（小行星243）。会合-舒梅克号于1997年飞过小行星253并于2001年在爱神星（小行星433）登陆。1999年深太空1号在26千米远处飞掠小行星9969。2002年星尘号在3300千米远处飞掠小行星5535，1

人类的求知欲望是永无止境的，当我们对地球的认识越来越深入的时候，自然而然地将目光投向了更加广阔的宇宙。因为浩瀚无垠的宇宙有1000多亿个星系，银河系只是其中之一每个星系中又有几十亿个恒星，以各个恒星为中心又组成几十亿个恒星系统，太阳系也只是是其中之一，可见人类赖以生存、繁衍的地球相对宇宙而言是何等渺小。然而以人类目前的能力，我们所能探测的也就是这个小小的太阳系，因为现代火箭以每秒20公里的速度到达距地球最近的恒星“比邻星”约需6.5万年，到天狼星约需13万年只有接近光速的飞行速度才有可能实现有意义的太阳系以外的探测2

主要方式多年以来，人类隔着大气远距离观测行星，不能对行星进行深入研究。行星和行星际探测器（见空间探测器）为行星研究打开了新的局面。行星探测从20世纪50年代末就开始，80年代后期90年代初各国又陆续发射了各种行星探测器。探测的方式有：

在行星近旁飞过拍摄照片测定其辐射和磁场，如水手4号拍摄了火星第一批照片。

在行星表面硬着陆直接探测行星大气温度、气压等数据，如金星4号探测器。

绕行星飞行成为行星的人造卫星，从而对行星进行较长时间的探测，水手9号火星探测器，火星2、3、5号探测器，先驱者-金星1号探测器。

在行星上软着陆对行星表面进行细致分析与探测，如海盗1、2号火星探测器 、金星7～16号探测器。通过这些观测，加深了对行星的地质、地貌、磁场、辐射带、大气成分等认识，证实火星和金星上并无地球上生命形式的存在。

美俄主要行星探测器活动月球1959年1月2日，苏联发射了人类第一个空间探测器--“月球1”号。

它主要测量了月球和地球磁场、宇宙射线的强度与变化；研究了太阳微粒辐射、星际气体成分和流星粒子；制造了人工钠云（人造彗星）并拍了照片。同年9月26日它进入日心轨道，成了第一颗人造行星。1959年9月13日，苏联发射的“月球2”号成功实现了在月面的硬着陆，成为了第一个登上月球的人造物体。

美国直到1961年才开始发射月球探测器--徘徊者号，1962年8月27日，美国科学家成功地发射了第一台金星探测器——水手2号，这也是最早的行星探测器，这台探测器在距金星34838千米处飞行，3直到1964年，“徘徊者7”号才成功在月球上硬着陆，并发回照片。

金星人类对其它行星的探索，始于地球的近邻—金星。美国于1960年3月11日率先向金星发射了行星探测器“先驱者5”号，然而却因为电池故障造成无线电通信中断，以失败告终。结果首次抵达金星的是苏联的“金星3”号，它于1966年3月1日在金星硬着陆成功，成为世界航天史上第一个到达行星的探测器。

火星长久以来，人们对火星可能存在生命一直寄予厚望，希望能够在近处考察它。1962年11月1日苏联捷足先登，发射了世界上第一个火星探测器—“火星1”号，迈出了探测火星的第一步。然而，在飞向火星的途中，因通讯故障在距地球一亿多公里处与地球失去了联系。这次美国人占了风头，1964年11月28日，美国从卡拉维拉尔角将“水手4”号探测器送入了奔向火星的轨道。1965年7月15日，从离火星表面10000公里处飞过，行程5亿多公里，成了第一个绕过火星的人造行星。水手4号携带电视摄像机，首次从火星附近向地球发回火星的详察图像。1971年5月28日，苏联从拜科努尔把“火星3”号送上天空，同年12月2日进入火星轨道，轨道舱在火星表面软着陆成功，成为航天世上第一个抵达火星的人类“使者”。

水星水星是太阳系中最靠近太阳的行星，人类迄今为止只向它发射了一颗探测器“水手10”号。水手10号是双星探测器，1974年2月5日在距金星5300公里处飞过，借助金星引力场飞向水星。它的绕日轨道周期是水星绕日轨道周期的2倍，每隔6个月与水星靠近2次，直至控制姿态的气体耗尽。它装有两架高性能相机，装有粒子探测器、红外辐射计、紫外光度计等，探测到水星有一球形磁场，强度为地球磁场的1%；探测到在水星的极稀薄大气中含有微量的氦、氩、氖气体；测量出水星表面温度为-210－510摄氏度，水星的直径为1600公里；还发现水星的环形山和类似地球内核的铁核。

外行星太阳系的外行星——木星、土星、天王星、海王星、冥王星，距地球十分遥远，对人类来说既奇妙又陌生。然而那惊人的土星光环、难解的木星红斑……却深深地吸引着人们去探索。从七十年代初起，美国先后派出了“先驱者”号和“旅行者”号两组“探险队”，独揽了对太阳系外层空间的探测。“先驱者10”号于1973年12 月飞近木星，行程10亿公里，发回了300幅木星和木卫的照片，并利用木星引力场加速飞向土星，又借助土星引力场加速，于1986年10月越过冥王星的平均轨道，成为了第一个飞出太阳系的航天器。

小行星小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动,但体积和质量比行星小得多的天体。长期以来,针对小行星的无人探测大多是对小行星表面物理、地质特征(如形状、大小、质量分布等)进行观测或取样研究,由于航天员具有主观能动性,可以进行现场考察、科学仪器的布置、样本采集和样本收集等4

新时期的探索八十年代末，美国发射了科学仪器更加先进的“麦哲伦”号金星探测器和“伽利略”号木星探测器；九十年代，又发射了月球探测者、火星探路者、火星全球勘测者、星尘彗星探测器等等。

可以预见，随着航天科技的突飞猛进，随着世界各国对探索宇宙奥秘、开发利用宇宙资源的重视，人类的行星际探测活动将越来越活跃，探测的目的、内容将更趋深入和明确，手段将更为完整和先进，宇宙探测将步入新的发展阶段。

火星探测的意义了解起源探索生命月球与行星探测，首先能帮助我们了解太阳系的起源和演化。科学家希望通过探测研究太阳系的物质来源，了解太阳星云的分馏、凝聚与形成过程；研究行星与卫星的大气、电离层与磁场的特征、起源与演化；对行星与卫星的地形地貌、地质构造、内部结构的特征与演化历史进行比较研究；掌握行星与卫星的资源、能源以及特殊环境的利用前景；进行太阳系演化的时间序列（元素年龄、形成间隔年龄、天体的凝聚年龄、凝固年龄、变质年龄、气体保留年龄、径迹保留年龄、宇宙暴露年龄和落地年龄等）的研究与测定，反演太阳系的起源与演化历程。5

对地外生命与生命起源的探索。探索地外生命的前提是对水的发现。他还特别指出，在人类目前对火星的相关探测中，能否发现沉积岩将是问题的关键所在。

开发能源各国热衷于月球与行星探测，也是出于人类社会发展对于能源资源与环境利用的需求。以月球的太阳能为例，指出每年到达月球范围内的太阳光辐射能量大约为12万亿千瓦。在月球上，太阳能的能量密度为1.353千瓦/平方米。如果人类在月球表面建立三座全球性的并联式太阳能发电厂，就可以获得极其丰富而稳定的太阳能。该系统可由三个基本部分组成，即月球上的太阳能发电装置、空间微波或激光转换和发射装置、地球上的地面接收和能量转换装置。

人类对开发利用月球的特殊环境也寄予厚望。由于月球超高真空、无磁场、地质构造稳定、弱重力、高洁净，人类可以在月球建立精度高、造价低、运行与维护费用低的天文观测站与研究基地；也可以建立具有环境监测和军事战略意义的地球观测站、研制特殊生物制品和新材料的实验室以及作为深空探测的前哨阵地和转运站。

此外，月壤中富含由太阳风粒子积累而形成的气体，如氢、氦、氖、氩、氮等，尤其是核聚变燃料氦3在月球上蕴藏丰富。探明月球上氦3的储量和分布，对我国未来能源战略有着重要意义。

防御小行星撞击新生代以来，地球上发生过6次重大撞击事件，每次都对地球生命造成重大影响，会诱发气候环境灾变和生物灭绝；因此，研究小行星和彗星特别是近地小行星，寻找防止其撞击地球的技术和方法，成为大家关注的焦点。此外，小行星和彗星是太阳系形成时残留下来的初始物质，它们保存了太阳系形成时大量的珍贵信息，是研究太阳系形成和演化的“考古样品”。小行星和彗星还可能是地球上生命起源的摇篮，而且小行星类型较多、成分差异很大，有可能存在人类可利用的资源。

灾害天气研究月球与行星探测还可以促进太阳活动与空间天气环境研究。空间灾害天气可影响天基和地基的技术系统正常运行和可靠性，甚至危及人类的活动、健康和生命，已经越来越引起各国的重视。6