史上首次登陸彗星──羅塞塔號與登陸機器人菲萊全記錄 The First Comet Landing in History - Rosetta Orbiter and Philae Lander


2014年1月20日,已經沉睡957天的彗星探測器「羅塞塔號」被喚醒了。這個已經在外太空繞行十年的太空探測器,將在八月進行歷史性任務,年底還將在只有四公里大小,由岩石和冰組成的彗星上登陸。

「羅塞塔號」是由歐洲太空總署(ESA) 於2004年三月發射,其名稱Rosetta是源自古埃及石碑「羅賽塔」。它航行了八億公里,繞過地球三次,火星一次,飛過兩個小行星,現在全力追上它的目的地67P/Churyumov-Gerasimenko彗星。不過,過去兩年半因為距離太陽實在太遙遠,沒辦法提供太陽能板足夠動力,科學家於是讓羅塞塔進入休眠狀態,現在才重新開機。

彗星是太陽系裡頭最原始的星體,像時間膠囊般保有古老的有機分子。科學家研究組成彗星的塵埃和氣體,想知道彗星在太陽系演化過程所扮演的角色,並解開地球生命起源之謎。登陸彗星之後,也許能夠解開地球為什麼有這麼多水的謎!大家可參考波蘭動畫導演 Tomek Baginski 為 ESA 拍攝的《AMBITION》羅賽達任務宣傳短片,簡直就像是超級科幻片的廣告!

人們對於彗星的認識在百年內改變許多,1910年哈雷彗星回歸時因為地球會穿越彗尾,竟引起大規模恐慌,因為大家懷疑彗尾有毒,還有人開始用臉盆進行閉氣訓練,但後來什麼也沒發生。到了現在,人類則十分期盼能看到超級大彗星的奇景。

回顧羅賽塔號命運其實很坎坷,原先預計2003年發射前往維他能彗星,但是火箭出問題錯過發射窗口,直到半年後找到另外一個可以研究的彗星,從此羅賽塔號才重新有了生命。


2014年8月6日,羅塞塔號進入67P彗星軌道,並捕捉到「雙彗核」影像,如首圖,可見其凹凸不平、高低起伏,十分崎嶇,像隻粗糙的橡皮鴨。這是距彗星300公里時所拍攝,也是人類首次近距離觀察到彗星表面影像。雙彗核成因有可能是兩個彗星碰撞,也可能是原始生成,或經由長久天文演化造成,但都需進一步分析。

歐洲太空總署計畫在11月12日釋放登彗小艇「菲萊」(Philae),若成功登陸,將是人類史上第一次登上彗核的太空船。不過要找到軟著陸的安全降落地點,比預期中困難,預計將會於一個1公里寬、相對平坦之橢圓目標區著陸,但也有一個備用地點,以免未來幾個月有更多照片顯示現在這個目標地點其實不適合。

羅賽達號將下降把菲萊號推得離彗星更近,在大約七個小時內,洗碗機般的菲萊會一邊接近一邊拍照、蒐集大氣樣本,以及測量太陽風與塵埃。它即將抵達表面前會發射鏢叉,將自己固定在冰凍表面上。停妥後將開始蒐集科學數據,進行探鑽及研究。

由於距離地球太遠,科學家將不會在菲萊號登陸時進行操控,他們已事先把指令編好,等菲萊透過羅賽達號的中繼傳來資訊。科學家在看到彗星前,估計最高有75%的機率能登陸成功。可是這顆彗星的表面有許多巨礫、崖壁、裂縫等障礙物,如果撞到其中一樣,就會對菲萊號造成大災難或翻覆,雖然這種地勢在科學上很吸引人,但實在不大適合降落。(可參考NASA介紹如何在彗星表面降落

科學家也要應付能源需求,由於菲萊號以太陽能驅動,所以需要找到在彗星自轉周期12.4小時內,有6小時能照到陽光的地點,足以為電池充電又不至於過熱。


2014年11月10日,天文界也出現了超可愛畫面:羅賽塔帶著他的小孩"菲萊"飛到彗星進行人類第一次登陸彗星大冒險!想知道他們是如何努力飛過去的嗎?想要知道小"菲萊"怎麼降落嗎?「羅賽塔和菲萊的彗星大冒險」動畫中文版用可愛的卡通告訴您,目前出到第三集:

(1) 醒來囉,羅賽塔!
(2) 我們到了嗎? 
(3) 準備登陸彗星

現在全球矚目的登陸即將在11月12日登場,小菲萊是否能夠安全抵達彗星表面呢?他的成敗將會影響我們對於太陽系與地球生命起源的瞭解喔!兩天後請拭目以待!


2014年11月13日,羅賽塔號的小菲萊成功登陸67p/楚留莫夫·格拉希門克彗星!菲萊登陸器在11/12下午16:35與母船分離,花了七小時到達彗星表面,登陸時間為台灣時間晚上23:35,資料傳回地球需要28分鐘,所以11/13清晨12:05左右收到成功訊號!這是人類史上第一次登陸彗星,我們都一起見證了這一刻!從ESA的現場直播可以看到,工作人員在確認時從緊張到高興的各種表情以及成功後的興奮畫面!

由於彗星表面重力極低,菲萊登陸器的著陸過程必須非常謹慎,否則會因為衝擊力而一下子被反彈回太空中。菲萊登陸器登陸成功後,會以魚叉鉚釘在彗核表面固定自己,之後才能著手收集彗核樣本,利用顯微鏡自動檢測,並拍攝彗核地表的全景影像。


2014年11月14日,菲萊首張自拍,拍到自己3支腳架中的1支。不過降落過程不太順利,經2度彈跳,首次彈跳甚至達1000公尺,第3次才成功著陸,固定叉沒抓到地,有飄離的隱憂。現在僅靠冰螺桿抓地,立足不穩。菲萊也未降落在預期地點,確切地點正在尋找中。由於需靠太陽能發電,處於陰影中恐影響蓄電。

菲萊目前尚稱穩定,已測量彗星溫度、震動幅度等數據,電力可供約60小時,它的任務還包括蒐集分析表面成分,並探鑽地下23公分處。待電力耗盡需靠太陽能蓄電,每2天工作約1小時。預計明年3月結束工作,羅賽塔號將繼續在67P彗星到明年12月。67P彗星發現於1969年9月,約100億公噸重,公轉周期6.55年。遠日點在木星軌道以外,近日點在火星和地球之間。


2014年11月15日,菲萊進入冬眠!它一度讓地面控制中心擔心因沒電無法傳回鑽探數據,幸好在歷經3天送回最後訊號後,才耗盡電力進入冬眠狀態。它已完成拍照、調查彗星密度、氣溫、組成、氣壓,因此地面人員認為任務非常成功,在冬眠前已傳輸所有蒐集到的科學資料。

菲萊原本寄望依靠3個太陽能板發電,但是降落彗星時因微弱重力造成兩次大彈跳,偏離預期降落地點,地面人員認為它似乎位在峭壁旁,遮擋2個太陽能板的充電。幸好就算菲萊耗盡電力,彗星也將在2015年8月13日通過近日點更靠近太陽,還是有機會充電甦醒,母船羅賽塔號則會繼續在遠方持續研究彗星。


2014年11月19日,菲萊資料顯示,嗅到了含碳元素的有機分子。由於碳元素是地球生命的基礎,這次任務的主要目標之一,就是確認碳基化合物是否由彗星帶到早期的地球,孕育出生命。另外菲萊測量了彗星表面的密度、熱性質與物理性質。結果顯示67P彗星表面不像以前認為的那麼柔軟。


2015年6月15日,菲萊醒過來了!自從去年11月15日菲萊電力用盡進入沉睡,過了漫長的七個月,終於在台灣時間6月14日2:28,收到來自菲萊的信號了!這是菲萊號在沉睡後首度透過羅賽塔號向地面通訊,時間長達85秒,目前菲萊號的溫度為零下35ºC,功率有24瓦。科學家們正在等待下一次能與菲萊通訊的機會!

自從今年3月12日羅塞塔的通信器就已被打開,隨時監聽菲萊是否醒來。目前菲萊的記憶體有許多資料等待傳送出來給科學家分析。


2015年8月14日67P彗星在台灣時間13號上午通過近日點,羅賽塔號拍到近日點前幾小時的67P彗星動態影像科學家希望近日點的高溫能融化冰封,噴出太陽系46億年前誕生時的原始粒子,讓我們觀測到,以協助解開太陽系與地球生命起源之謎。

雖說是近日點,但是一億八千六百萬公里的距離,其實比地球到太陽的一億五千萬公里還要遠,融冰的效應要在通過近日點後幾個禮拜顯現,近日點當天其實不會有什麼戲劇化的情況。

67P彗星表面溫度低於攝氏零下40度,成分有八成是冰,其蘊含的物質對於研究太陽系生成與地球生命來源都是重大線索。近日點時的羅賽塔號將在兩百多公里外,收集彗星釋出的物質,因為預期有大量塵埃,所以要保持距離以免故障。過幾個月遠離太陽後,羅賽塔才會再次靠近,嘗試連繫菲萊號,收集彗星表面的資料數據,再花幾個月的時間傳回地球,預計整個探測計畫將在2016年九月畫下句點。


2016年2月17日,菲萊可能得長眠於67P彗星上,它在2014年11月12日登陸後,受困在陰暗處無法充電,很快就停止運作。2015年6月奇蹟似地甦醒,讓科學家燃起一絲希望,不過自2015年7月9日起,菲萊就未和羅賽塔聯繫,可能太陽能板已被灰塵覆蓋,且夜間溫度可能降至攝氏負180度,菲萊難以承受。

2016年9月,羅塞塔則將墜落在一輩子所追尋的彗星上,結束奔波的一生。(臺北天文通


2016年9月13日,即將在月底硬著陸彗星並結束任務的羅賽塔號,卻在9月2日了結生命的前夕 ,找到他的小夥伴菲萊號了!看到菲萊側躺在岩縫中,就可想見它當時沒抓住地表又彈跳幾次的慘況。從右上圖的小紅點可知,它已經距離降落目標區很遠,才會掉到石冰縫隙中照不到太陽而休眠。由此可見,太空任務選擇降落地點非常重要,最近發射的OSIRIS-REx小行星採樣任務就需要用一年時間仔細測繪它要採樣的小行星貝努(Bennu),以免功虧一簣。在羅賽塔號的最後這段時間,我們為它能找到同伴而開心,也為它們即將結束生命而有些難過,感謝它們為了我們所付出的努力,再見了!


2016年9月30日,羅賽塔號在兩年多的觀察任務之後,在今晚稍早(臺灣時間19:18)撞擊67P彗星表面後失去訊號,結束了它12年的偉大旅程。它接近彗星只剩51公尺時拍到了最後一張照片。羅賽塔與菲萊號兩者在未來將相互為伴,永遠長眠在這顆遙遠的彗星上。未來的人們若有能力,將會重新登陸尋找它們,緬懷當時它們為生命起源所做出的貢獻。再見了!



參考資料:臺北天文通、公視新聞網、國家地理雜誌、中央社、聯合報、蘋果日報、東森新聞、ESA Rosetta Blog

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