“原始彗星”飞进太阳系内部时，我们会迅速将其拦截！

来源：NASA爱好者

彗星拦截器的概念

彗星拦截器已被选为ESA新的快速任务。它将是第一个造访真正原始的彗星或其他星际物体的航天器，这些天体才刚刚开启它们的内太阳系之旅。

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欧洲航空局（ESA）为其宇宙视觉计划（Cosmic Vision Programme）选中了一项新的“快速任务”，名为“彗星拦截器”（Comet Interceptor）。彗星拦截器含有三个航天器，将探访真正的“原始彗星”，或其他刚刚开启内太阳系（inner Solar System）旅程的星际物体，彗星拦截器将成为执行这种任务亘古未有的先锋。

彗星拦截器的目的地是一颗尚未被发现的彗星，当这颗彗星慢慢接近地球轨道时，彗星拦截器就会飞掠它注目已久的目标。它的三个航天器将同时在彗星周围的多个点进行观测，创建一个“动态新”物体的三维轮廓，其中包含了从太阳系形成之初时幸存下来的原始物质。

ESA的科学部主任金特•哈辛格（Günther Hasinger）说：“对我们来说，原始的或者全新动态的彗星是完全未知的，它们是近距离的航天器探索难以抗拒的绝佳目标，能让我们更好地了解彗星的多样性和演化过程。”

“乔托行星际探测器（Giotto）和罗塞塔号探测器（Rosetta）完成巨大科学成就是无与伦比的，这两项任务是我们对彗星研究的遗产任务，但是现在，是时候继续这两项任务的成功，并着手去访问一颗全新的彗星，或者准备好迎接下一个类似‘奥陌陌’（‘Oumuamua）的星际天体。”

什么是快速任务？

彗星拦截器是一种“快速”（fast）或F级任务。“快速”是指执行的时间短，从任务选择到启动准备的总开发持续时间约为八年。F级任务的发射质量小于1000千克，将与中级任务共同搭载火箭升入太空，利用发射火箭中的额外空间，飞往太阳 - 地球第二拉格朗日点（Sun-Earth Lagrange point L2），L2在太阳和地球连线的外侧，距离地球150万千米。

第二拉格朗日点 L2的位置图示，显示出了L2与太阳间距离以及L2与地球间距离的比较。

图片版权：ESA

预计在2028年，彗星拦截器将会作为ESA的系外行星研究“大气遥感红外系外行星大型巡天”（Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-survey，ARIEL）航天器的“共同乘客”进行发射。两个任务都将被送往第二拉格朗日点，彗星拦截器则会在那里使用自己的推进系统继续旅行，飞掠所选的目标彗星。

选择彗星拦截器这一任务的过程也很迅速。在2018年7月召开任务提报会上，空间科学团队一共提交了23个任务小组，随后其中的6个任务团队受邀提供更为详细的提案。其中，彗星拦截器被选入如今的科学计划委员会（Science Programme Committee），进入到更详细的任务定位阶段。

“我们非常感谢空间科学团队给出的出色建议，这些提报任务涵盖了各种各样新颖的主题，并且能在F级任务指导方针的限制范围内进行探索。”主任哈辛格说道。

“在我们制定宇宙科学探索的几十年未来计划时，这种创新的使命将在补充增益ESA的科学计划中发挥重要作用。

“我们也很高兴能坚持这一‘快速’任务的理念，在最初的提案征集之后的一年内，我们就选出了彗星拦截器。”

彗星拦截器创新何在？

彗星拦截器由三个航天器所组成，这种复合航天器将抵达第二拉格朗日点，伺机等待合适的目标，在此期间都是“集体行动”，直到发现了合适的目标，在采取拦截行动的前几周，三个航天器就会分头行动。每个模块都将配备一个互补的科学有效载荷，对彗星核、彗星气体、彗尘和等离子体环境进行不同视角的“多点”探测。这种“多点”测量将极大地改善我们对彗星的理解，彗星在运动的过程中一直在与不断变化的太阳风（solar wind）相互作用，而“多点”测量将提供分析原始彗星在这一过程中的动态性质所需的重要3D信息。

除此之外，彗星拦截器任务的仪器套件将从其他任务的“遗产”中挑选，包括目前仍在火星生命探测计划（Exobiology on Mars，ExoMars）中执行任务的微量气体轨道探测器（Trace Gas Orbiter）上的相机，以及尘埃、场和等离子仪器，还包括罗塞塔号探测器曾用过的那些质谱仪。

在此之前的彗星任务，包括ESA的航天器先驱乔托行星际探测器和罗塞塔号探测器，遇上的都是短周期彗星（short-period comet），即轨道周期不到200年的彗星，它们在相对较近的一段时间内沿着运行轨道多次靠近太阳，并因此发生了重大变化：罗塞塔号探测器的彗星编号为67P/丘留莫夫-格拉西缅科（67P / Churyumov-Gerasimenko，67P/C-G），每6年半就绕太阳运行一次；1986年，乔托行星际探测器和其他航天器访问了哈雷彗星（编号1P / Halley），每76年它就会重返我们地球的上空。

柯伊伯带（Kuiper Belt）和奥尔特云背景下的太阳系

版权：ESA

图中显示了太阳系中两个主要的彗星所在区域：柯伊伯带，距离太阳30-50个天文单位（astronomical unit，AU：地球与太阳间的距离）；奥尔特云，向外可能延伸到距离太阳50 000到100 000 个天文单位。哈雷彗星被认为起源于奥尔特云，而67P/丘留莫夫-格拉西缅科会醒是ESA罗塞塔号探测任务的焦点，来自柯伊伯带，这颗彗星现在处于绕太阳运行的轨道周期为6年半，近日点位于地球和火星的轨道之间，远日点则位于木星轨道的外侧。

彗星拦截器与之前的任务不尽相同，因为它将首次瞄准一颗进入太阳系内部的彗星，这样的彗星可能来自被认为围绕太阳领域外围的、巨大的奥尔特云（Oort Cloud），此类彗星将包含自太阳和行星形成初期以来相对原始的物质和信息，而没有在历史的长河中参与过多次反应、发生过各种变化。因此，彗星拦截器任务将提供对彗星从太阳系外围向内迁移时所发生的变化的新见解。

奥陌陌的艺术构想图

版权：ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser

自2017年被发现以来，对奥陌陌的观测结果表明，如果它仅受太阳和行星的引力影响，那么它的实际运动轨迹就略微偏离它理论上应该遵循的轨迹。研究人员认为，造成这一现象的原因是来自太阳的加热让奥陌陌从表面排出了一些气体物质。在这张艺术构想图中，即能看出这种“泄气”现象，有一层薄薄的云从奥陌陌面向太阳的一侧散出。在之前，奥陌陌一直被归类为小行星，但如果它真的会“泄气”，那就是典型的彗星。

虽然更为罕见，但另一种潜在的探测目标则是来自另一个恒星系统的窜入星（interloper），例如著名的奥陌陌，曾在2017年以一种高度倾斜的运行轨道飞越过我们的太阳。研究星际物体将为我们提供更多机会，来探索类似彗星的天体在其他恒星系统中的形成和演化。

在过去，我们只能在“新的”彗星以最近距离飞越太阳的前几个月到几年的时间里发现它们，而几个月到几年的时间对于规划、建造和发射太空任务来说实在太短，更别提还得在彗星渐渐远离太阳飞往其他星体之前追上它。

地面测量最近有了新进展，这意味着我们可以扫描更深处的天空，并且可以提供更长时间的发现通知。全景巡天望远镜和快速反应系统（Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System，Pan-STARRS，简称泛星计划）是现在最具增殖性的彗星发现机器，每年有超过一半的新彗星都是被被泛星计划调查发现的。目前正在智利建造的大口径全天巡视望远镜（Large Synoptic Survey Telescope，LSST）也将大大增加新彗星的种类和数量。

任何情况下，在任务的准备阶段都不需要知道彗星拦截器切切实实的目的地；我们可以提前准备好航天器，并让它太空中等待合适的目标彗星；我们有望在发射后的五年内完成彗星拦截器任务。

参考：

https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/ESA_s_new_mission_to_intercept_a_comet