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客迈拉号

客迈拉号Chimera)是美国宇航局一项环绕和探索外太阳系中活跃、喷发的小冰体29P/施瓦斯曼-瓦赫曼彗星的概念任务[1][2][3][4]。这一概念是应2019年美国宇航局发现计划任务倡议而开发[5],将是首次航天器与半人马小行星的交会,也是第一次对外太阳系小天体的轨道探测。“客迈拉号”提案被列为第一级(第1类)建议,但为保持科学平衡的原则性要求,该提案未被选择作进一步的开发。

客迈拉号
通往半人马小行星和形成小天体秘密之门
任务类型半人马小行星轨道器
运营方美国宇航局
任務時長>为期2年的轨道探索
航天器属性
制造方洛克希德·马丁公司 [1]
任務開始
發射日期2025年-2026年(计划)[1]
搭載儀器
可见光和热成像仪、质谱仪及红外光谱仪、雷达[1]
 

施瓦斯曼-瓦赫曼1号是半人马小行星群之一,这群近乎原始的天体因受引力扰动,会从柯伊伯带进入木星与海王星之间不稳定的轨道。许多半人马小行星最终迁移至内太阳系成为木星系彗星(JFCs)[6],而施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星则被认为占据了小行星在进行这种转变时,所需穿过的轨道“关口”[7]。从太阳系边缘时的冰质小天体,到经过太阳附近时的活跃彗星,施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星是一颗带有不同进化阶段特征的“客迈拉”综合体。这也提供了一次独特的机会来研究这些天体如何随时间的变化而形成、组合和改变的。在历时2年多的轨道交会中,“客迈拉号”将对施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星逸出的气体彗发进行取样,研究其活动和喷发模式,测绘表面结构和地形、探测其内部,并监测它演变过程中的变化。

科学探索  编辑

 
罗塞塔号探测器拍摄的木星系彗星67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星
 
新视野号拍摄的柯伊伯带小天体486958阿罗科思(左)与67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星(以相对尺寸显示在右上角)的比较。彗星活动对丘留莫夫-格拉西缅科彗星的侵蚀作用与表面相对无特征的阿罗科思彗星相比反差非常明显。
 
斯皮策望远镜拍摄的29P/施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星图像,显示了它持续存在的尘埃彗发。

冰质小天体是形成我们太阳系的原始回声,其物理性质来自行星形成盘[8]以及与早期巨行星迁移有关的轨道分布[9]。对它们的组成(冰和气体)、形状和内部结构等所有方面的研究,都能让我们深入了解行星的演化过程。现代冰质小天体群包括位于遥远外太阳系稳定轨道上的原始天体(如柯伊伯带奥尔特星云),以及向内太阳系迁移成为长周期彗星(如 C/1995 O1(海尔-波普彗星))、短周期彗星(如67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星)和半人马小行星群的更进化天体。

半人马小行星群是环海王星轨道内运行的冰质天体中变化最小的,其物理特征介于先前探索过的(如罗塞塔号新视野号)和计划(如露西号、彗星拦截者任务)要探索的冰质小天体之间,在100-1000万年跨度内,它们的运行轨道并不稳定[7][10],要么会弹回到泛海王星来源区;要么向内奔向太阳,成为一颗彗星。半人马小行星群与太阳距离太远,不太可能发生大规模彗星化行为,但它们之间相距很近,会发生一些某种形式的零星活动[11][12]。这一早期过程为探索冰质小行星从原始起源转变至饱经风化的终态彗星提供了机会。

自1927年“29P/施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星”在一次爆发中被发现以来,其特征显示它较其他已知彗星更神秘[13],是一颗有待进一步详细研究的彗星。

  • 施瓦斯曼-瓦赫曼1号为外太阳系中最活跃的小天体,也是已知唯一“持续”活跃的半人马小行星;
  • 施瓦斯曼-瓦赫曼1号产生过一次世纪性(2-5视星等)大爆发事件,可能排放出了≥109千克的灰尘、气体和水冰[14][12]。现代研究表明它每年的爆发率约为~7次[15],成为唯一一颗航天器在长期交会期间,有机会对这些高能事件进行“实地”研究的天体;
  • 施瓦斯曼-瓦赫曼1号轨道内有一个动态“关口”,未来大部分成为木星系彗星(JFC)的小天体都会穿过这一关口[7]。进一步的模拟显示,在未来4000年内施瓦斯曼-瓦赫曼1号有75%的概率成为一颗木星系彗星。

施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星的物理特性和它的轨道同时将它与处于多种演化状态的冰质小行星联系起来,对它的研究提供了对半人马小行星群独特演化史的了解。

  • 施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星的轨道演化与柯伊伯带天体(KBOs)和木星系彗星(JFC)都有关。
  • 施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星的活动模式与巨行星区的LPC相似[12][16]
  • 施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星正经历着木星系彗星萌芽期所共有的物理过程。
  • 在早期活跃期间,施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星的热量环境类似于木星的特洛伊小行星[17]

可达性和环境 编辑

 
29P/施瓦斯曼-瓦赫曼彗星轨道示意图

在大型半人马小行星中,施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星的轨道半长轴最短(5.986天文单位)、偏心率极低(e=0.044)、而轨道倾角适度(9.39°),这些因素加上它与木星接近,使得它成为发现级任务可用资源范围内,唯一一颗可实现轨道交会的天体。与其他半人马小行星一样,它的周围也分布有环系统和隐藏的碎屑物(如小行星10199卡里克洛[18]2060喀戎[19]),施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星的彗核被持续活动和大喷发产生的大面积尘埃彗发所遮蔽。这些物体周围存在较大的彗发颗粒,这对于相对高速的交会可能会造成危险,但对于运行在低速轨道上的航天器却是有利的。施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星的直径估计为60.4±7.4公里[20],它比任何已知的木星系彗星都大,其大小[21]和活跃程度[12]与著名的长周期彗星海尔-波普彗星相当。它的旋转率不太稳定,一些研究获得的周期数据从几天到长达2个月不等[14][22][23]

任务设计 编辑

客迈拉号的主要发射窗口为2025年和2026年,航天器轨道利用了一种罕见的行星配置结构,这种结构直到2080年代才会重复出现。一系列的重力助推机动用于将客迈拉号定位到施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星,并能以相对较低的速度进入轨道。在巡航阶段,可能会选择飞越数颗行星和小天体,以提高探索回报率。客迈拉号将首次对外太阳系小天体进行轨道探测,也是继卡西尼-惠更斯号和即将进行的蜻蜓号后,第三次在木星以外的轨道航天器任务,这也将是利用太阳能飞行最远的航天器任务。

任务的交会阶段开始于探测器在施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星的希尔球外减速,然后以<10米/秒的相对速度缓慢接近,在此过程中将描绘彗核特征、活动模式、喷发行为和碎屑环境。进入轨道后,客迈拉号开始详细研究表面地形、冰的分布和热量特征、活动和喷发的分布及大小、彗核内部结构以及气体彗发的“实地”成分。在随后的2年中,探测器轨道将逐步降低,以对感兴趣的区域进行更深入的研究,监测其物理演变,获取更精确的内部测量,并对附近地表进行取样。

 探测仪器  编辑

客迈拉号将通过多种测量手段实现对目标的探测[1],包括

  • 表面特征和周围尘埃的可见光波段高分辨率成像
  • 表面、尘埃和彗发成分的近红外光谱分析
  • 彗发元素、分子和等离子体成分的实地质谱分析
  • 重力实验将利用探测器上的多普勒位移频率发射器来测量彗核内部的质量分布;
  • 对喷发活动和轨道碎片进行广域监测
  • 热成像表面和彗发中尘埃的温度;
  • 合成孔径雷达测量地表下结构和成分。

开发团队  编辑

“客迈拉号”任务概念是由位于亚利桑那大学月球与行星实验室戈达德太空飞行中心洛克希德马丁公司联合开发。

参考文献  编辑

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Harris, W.; Woodney, L.; Villanueva, G. 客迈拉号: 首个探索半人马小行星的任务 (PDF). 欧洲行星科学大会摘要(2019年欧洲行星科学和美国天文学会联合大会). 2019年, 13   [2021-01-29]. (原始内容 (PDF)于2020-11-12). 
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客迈拉号, chimera, 是美国宇航局一项环绕和探索外太阳系中活跃, 喷发的小冰体, 施瓦斯曼, 瓦赫曼彗星的概念任务, 这一概念是应2019年美国宇航局发现计划任务倡议而开发, 将是首次航天器与半人马小行星的交会, 也是第一次对外太阳系小天体的轨道探测, 提案被列为第一级, 第1类, 建议, 但为保持科学平衡的原则性要求, 该提案未被选择作进一步的开发, 通往半人马小行星和形成小天体秘密之门任务类型半人马小行星轨道器运营方美国宇航局任務時長, 为期2年的轨道探索航天器属性制造方洛克希德, 马丁公司, 任務開始. 客迈拉号 Chimera 是美国宇航局一项环绕和探索外太阳系中活跃 喷发的小冰体 29P 施瓦斯曼 瓦赫曼彗星的概念任务 1 2 3 4 这一概念是应2019年美国宇航局发现计划任务倡议而开发 5 将是首次航天器与半人马小行星的交会 也是第一次对外太阳系小天体的轨道探测 客迈拉号 提案被列为第一级 第1类 建议 但为保持科学平衡的原则性要求 该提案未被选择作进一步的开发 客迈拉号通往半人马小行星和形成小天体秘密之门任务类型半人马小行星轨道器运营方美国宇航局任務時長 gt 为期2年的轨道探索航天器属性制造方洛克希德 马丁公司 1 任務開始發射日期2025年 2026年 计划 1 搭載儀器可见光和热成像仪 质谱仪及红外光谱仪 雷达 1 发现计划 施瓦斯曼 瓦赫曼1号是半人马小行星群之一 这群近乎原始的天体因受引力扰动 会从柯伊伯带进入木星与海王星之间不稳定的轨道 许多半人马小行星最终迁移至内太阳系成为木星系彗星 JFCs 6 而施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星则被认为占据了小行星在进行这种转变时 所需穿过的轨道 关口 7 从太阳系边缘时的冰质小天体 到经过太阳附近时的活跃彗星 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星是一颗带有不同进化阶段特征的 客迈拉 综合体 这也提供了一次独特的机会来研究这些天体如何随时间的变化而形成 组合和改变的 在历时2年多的轨道交会中 客迈拉号 将对施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星逸出的气体彗发进行取样 研究其活动和喷发模式 测绘表面结构和地形 探测其内部 并监测它演变过程中的变化 目录 1 科学探索 2 可达性和环境 3 任务设计 4 探测仪器 5 开发团队 6 参考文献 科学探索 编辑 nbsp 罗塞塔号探测器拍摄的木星系彗星67P 丘留莫夫 格拉西缅科彗星 nbsp 新视野号拍摄的柯伊伯带小天体486958阿罗科思 左 与67P 丘留莫夫 格拉西缅科彗星 以相对尺寸显示在右上角 的比较 彗星活动对丘留莫夫 格拉西缅科彗星的侵蚀作用与表面相对无特征的阿罗科思彗星相比反差非常明显 nbsp 斯皮策望远镜拍摄的29P 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星图像 显示了它持续存在的尘埃彗发 冰质小天体是形成我们太阳系的原始回声 其物理性质来自行星形成盘 8 以及与早期巨行星迁移有关的轨道分布 9 对它们的组成 冰和气体 形状和内部结构等所有方面的研究 都能让我们深入了解行星的演化过程 现代冰质小天体群包括位于遥远外太阳系稳定轨道上的原始天体 如柯伊伯带和奥尔特星云 以及向内太阳系迁移成为长周期彗星 如C 1995 O1 海尔 波普彗星 短周期彗星 如67P 丘留莫夫 格拉西缅科彗星 和半人马小行星群的更进化天体 半人马小行星群是环海王星轨道内运行的冰质天体中变化最小的 其物理特征介于先前探索过的 如罗塞塔号 新视野号 和计划 如露西号 彗星拦截者任务 要探索的冰质小天体之间 在100 1000万年跨度内 它们的运行轨道并不稳定 7 10 要么会弹回到泛海王星来源区 要么向内奔向太阳 成为一颗彗星 半人马小行星群与太阳距离太远 不太可能发生大规模彗星化行为 但它们之间相距很近 会发生一些某种形式的零星活动 11 12 这一早期过程为探索冰质小行星从原始起源转变至饱经风化的终态彗星提供了机会 自1927年 29P 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星 在一次爆发中被发现以来 其特征显示它较其他已知彗星更神秘 13 是一颗有待进一步详细研究的彗星 施瓦斯曼 瓦赫曼1号为外太阳系中最活跃的小天体 也是已知唯一 持续 活跃的半人马小行星 施瓦斯曼 瓦赫曼1号产生过一次世纪性 2 5视星等 大爆发事件 可能排放出了 109千克的灰尘 气体和水冰 14 12 现代研究表明它每年的爆发率约为 7次 15 成为唯一一颗航天器在长期交会期间 有机会对这些高能事件进行 实地 研究的天体 施瓦斯曼 瓦赫曼1号轨道内有一个动态 关口 未来大部分成为木星系彗星 JFC 的小天体都会穿过这一关口 7 进一步的模拟显示 在未来4000年内施瓦斯曼 瓦赫曼1号有75 的概率成为一颗木星系彗星 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星的物理特性和它的轨道同时将它与处于多种演化状态的冰质小行星联系起来 对它的研究提供了对半人马小行星群独特演化史的了解 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星的轨道演化与柯伊伯带天体 KBOs 和木星系彗星 JFC 都有关 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星的活动模式与巨行星区的LPC相似 12 16 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星正经历着木星系彗星萌芽期所共有的物理过程 在早期活跃期间 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星的热量环境类似于木星的特洛伊小行星 17 可达性和环境 编辑 nbsp 29P 施瓦斯曼 瓦赫曼彗星轨道示意图在大型半人马小行星中 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星的轨道半长轴最短 5 986天文单位 偏心率极低 e 0 044 而轨道倾角适度 9 39 这些因素加上它与木星接近 使得它成为发现级任务可用资源范围内 唯一一颗可实现轨道交会的天体 与其他半人马小行星一样 它的周围也分布有环系统和隐藏的碎屑物 如小行星10199卡里克洛 18 和2060喀戎 19 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星的彗核被持续活动和大喷发产生的大面积尘埃彗发所遮蔽 这些物体周围存在较大的彗发颗粒 这对于相对高速的交会可能会造成危险 但对于运行在低速轨道上的航天器却是有利的 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星的直径估计为60 4 7 4公里 20 它比任何已知的木星系彗星都大 其大小 21 和活跃程度 12 与著名的长周期彗星海尔 波普彗星相当 它的旋转率不太稳定 一些研究获得的周期数据从几天到长达2个月不等 14 22 23 任务设计 编辑客迈拉号的主要发射窗口为2025年和2026年 航天器轨道利用了一种罕见的行星配置结构 这种结构直到2080年代才会重复出现 一系列的重力助推机动用于将客迈拉号定位到施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星 并能以相对较低的速度进入轨道 在巡航阶段 可能会选择飞越数颗行星和小天体 以提高探索回报率 客迈拉号将首次对外太阳系小天体进行轨道探测 也是继卡西尼 惠更斯号和即将进行的蜻蜓号后 第三次在木星以外的轨道航天器任务 这也将是利用太阳能飞行最远的航天器任务 任务的交会阶段开始于探测器在施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星的希尔球外减速 然后以 lt 10米 秒的相对速度缓慢接近 在此过程中将描绘彗核特征 活动模式 喷发行为和碎屑环境 进入轨道后 客迈拉号开始详细研究表面地形 冰的分布和热量特征 活动和喷发的分布及大小 彗核内部结构以及气体彗发的 实地 成分 在随后的2年中 探测器轨道将逐步降低 以对感兴趣的区域进行更深入的研究 监测其物理演变 获取更精确的内部测量 并对附近地表进行取样 探测仪器 编辑客迈拉号将通过多种测量手段实现对目标的探测 1 包括 表面特征和周围尘埃的可见光波段高分辨率成像 表面 尘埃和彗发成分的近红外光谱分析 彗发元素 分子和等离子体成分的实地质谱分析 重力实验将利用探测器上的多普勒位移频率发射器来测量彗核内部的质量分布 对喷发活动和轨道碎片进行广域监测 热成像表面和彗发中尘埃的温度 合成孔径雷达测量地表下结构和成分 开发团队 编辑 客迈拉号 任务概念是由位于亚利桑那大学的月球与行星实验室 戈达德太空飞行中心和洛克希德马丁公司联合开发 参考文献 编辑 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 Harris W Woodney L Villanueva G 客迈拉号 首个探索半人马小行星的任务 PDF 欧洲行星科学大会摘要 2019年欧洲行星科学和美国天文学会联合大会 2019年 13 2021 01 29 原始内容存档 PDF 于2020 11 12 Harris W Woodney L Villanueva G 客迈拉号 首个探索半人马小行星的任务 秋季会议 627815 2019年 2021 01 29 原始内容存档于2021 02 05 Wall M 半人马小行星的升起 美国宇航局聚集奇异的小行星 彗星混合体任务 太空网 2019年3月25日9 2021年1月29日 原始内容存档于2020年11月18日 请检查 date 中的日期值 帮助 Kornfeld L 两项半人马小行星任务提交美国宇航局发现计划 Spaceflightinsider com 2019年11月22日 2021年1月29日 原始内容存档于2020年11月29日 美国宇航局2019年发现计划招标公告 nasa gov 2019 04 08 2021 01 29 原始内容存档于2020 07 25 Duncan M J Levison H F 分散的彗星盘与木星系彗星的起源 科学 1997 276 5319 1670 2 Bibcode 1997Sci 276 1670D PMID 9180070 doi 10 1126 science 276 5319 1670 7 0 7 1 7 2 Sarid G Volk K Steckloff J Harris W Womack M Woodney L 29P 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星 一颗位于木星系彗星入口处的半人马小行星 天文物理期刊 2019 883 1 7 Bibcode 2019ApJ 883L 25S arXiv 1908 04185 nbsp doi 10 3847 2041 8213 ab3fb3 Willacy K et al 原太阳盘的成分和彗星形成的条件 太空科学评论 2015年 197 1 4 151 190 2021 01 29 Bibcode 2015SSRv 197 151W arXiv 1507 02328 nbsp doi 10 1007 s11214 015 0167 6 原始内容存档于2021 02 03 Tsiganis K Gomes R Morbidelli A Levison H 太阳系巨行星轨道结构的起源 自然 200年 435 7041 459 461 Bibcode 2005Natur 435 459T PMID 15917800 doi 10 1038 nature03539 Tiscareno M Malhotra R 已知的半人马小行星动态 天文期刊 2003 126 6 3122 3131 Bibcode 2003AJ 126 3122T arXiv astro ph 0211076 nbsp doi 10 1086 379554 Jewitt D 活跃的半人马小行星群 天文物理期刊 2009 137 5 4296 4312 Bibcode 2009AJ 137 4296J arXiv 0902 4687 nbsp doi 10 1088 0004 6256 137 5 4296 12 0 12 1 12 2 12 3 Wierzchos K Womack M Sarid G 在距活跃的半人马小行星 60558 174P 厄开克洛斯6个天文单位远的一氧化碳 天文物理期刊 2017年 153 5 8 Bibcode 2017AJ 153 230W arXiv 1703 07660 nbsp doi 10 3847 1538 3881 aa689c Van Biesbroeck G A 彗星日记 彗星1927d 斯特恩斯 彗星1927h 恩克 彗星1927j 施瓦斯曼 瓦赫曼 通俗天文学 1928 36 69 Bibcode 1928PA 36 69V 14 0 14 1 Schambeau C Fernandez Y Samarasinha N Mueller B Woodney L 29P 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星爆发对彗核旋转状态约束的R波段观测分析 伊卡洛斯 2017年 284 359 371 Bibcode 2017Icar 284 359S doi 10 1016 j icarus 2016 11 026 Trigo Rodriguez J et al 彗星的爆发活动 I 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星的持续监测 天文与天体物理学报 2008 485 2 599 606 Bibcode 2008A amp A 485 599T doi 10 1051 0004 6361 20078666 Bauer J et al 近地天体广角红外线探测望远镜 发现的彗星种群和CO CO2产出率 天文物理期刊 2015 814 85 24pp Bibcode 2015ApJ 814 85B arXiv 1509 08446 nbsp doi 10 1088 0004 637X 814 2 85 Morbidelli A Levison H F Tsiganis K Gomes R 太阳系早期木星特洛伊小行星的混乱捕获 自然 26 May 2005 435 7041 462 465 Bibcode 2005Natur 435 462M PMID 15917801 doi 10 1038 nature03540 Braga Ribas F et al 在半人马小行星 10199 卡里克洛周围发现了一个环系统 自然 2014 508 7494 72 75 Bibcode 2014Natur 508 72B PMID 24670644 arXiv 1409 7259 nbsp doi 10 1038 nature13155 Sickafoose A et al 2011年可见光和近红外恒星掩星对半人马小行星 2060 喀戎周围物质特征的描述 皇家天文学会月报 2019 491 3 3643 3654 Bibcode 2019MNRAS tmp 2726S arXiv 1910 05029 nbsp doi 10 1093 mnras stz3079 Schambeau C Fernandez Y Lisse C Samarasinha N Woodney L 斯皮策望远镜 对29P 施瓦斯曼 瓦赫曼1号彗星观测的新分析 伊卡洛斯 2015年 260 60 72 Bibcode 2015Icar 260 60S arXiv 1506 07037 nbsp doi 10 1016 j icarus 2015 06 038 Fernandez Y et al 海尔 波普彗星的彗核和内层彗发 来自恒星掩星的结果 伊卡洛斯 1999年 140 1 205 220 Bibcode 1999Icar 140 205F 请检查 bibcode 值 帮助 doi 10 1006 icar 1999 6127 Miles R 29P 施瓦斯曼 瓦赫曼彗核冰火山作用的离散来源及其成因 伊卡洛斯 2016 272 387 413 Bibcode 2016Icar 272 387M doi 10 1016 j icarus 2015 11 011 Stansberry J et al 斯皮策望远镜对29P 施瓦斯曼 瓦赫曼彗星尘埃彗发和彗核的观测 天文物理期刊增刊系列 2004年 154 1 463 468 Bibcode 2004ApJS 154 463S doi 10 1086 422473 取自 https zh wikipedia org w index php title 客迈拉号 amp oldid 73856035, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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