2028年升空,人類探測器或將用26年時間追趕神秘的星際來客

2017年,神秘的星際來客「奧陌陌」到太陽系逛了一圈,然後調頭加速離開了。

「奧陌陌」給人們留下了太多的謎。由于發現時已經踏上返程,有限的資料讓天文學家對它的本質百思不得其解。即使是在「奧陌陌」已經離開人類視野5年後的今天,「奧陌陌」究竟是什麼,來自何方,依然沒有定論。

「天琴」光帆探測器接近星際來客(想象圖)。

想要解開謎團,最好的方法是追上它,靠近它,觀察它,研究它。這並不容易。但已經有科學家提出了設想,其中包括所謂的「天琴計畫」。

「天琴計畫」旨在利用先進的推進技術,比如熱核推進,尤其是光帆技術,與「奧陌陌」這樣的星際天體相會。

早在2017年「奧陌陌」被發現不到兩周後,「星際研究促進會」(Initiative for Interstellar Studies, i4is)就提出了所謂的「天琴計畫」,研究如何使用已有,或近期可實現的技術,對「奧陌陌」進行近距離考察。

研究人員表示,在所有追趕「奧陌陌」的設想中,大部分是基于所謂「太陽歐伯斯機動」提出的。

「歐伯斯機動」本質上就是已在深空探測中廣泛應用的「引力彈弓」。這種技術通常會利用行星的引力充當「彈弓」,來提高飛行速度。而「太陽歐伯斯機動」利用的是太陽。

一次「太陽歐伯斯機動」可以分為三個步驟。首先從地球將探測器發射到一個距離太陽最遠的點,也就是預設軌道上的遠日點;然後探測器向太陽的方向落回;當探測器到達距離太陽的最近點,也就是近日點的時候,給探測器施以額外的推力,使其達到很快的飛行速度。

研究人員表示,這是一種節省燃料,且能夠獲得高飛行速度的方案,非常適合追趕像「奧陌陌」這樣通過近日點後迅速遠離的星際來客。但人類從前從未實施過「太陽引力彈弓」。

計畫中另一個需要考慮的問題是,如何在近日點抵禦太陽狂暴的熱?

和以往的探測器不同,飛向「奧陌陌」的探測器要考慮的不是在一個特定的距離上有多熱,而是如何盡可能近地靠近太陽。

隨著探測器和太陽的距離越來越近,其熱防護能力應當越來越強。直到達到設計的極限。

穿越日冕的「派克太陽探測器」攜帶有一個厚重的熱防護盾。假如我們使用輕薄的光帆推進,那麼追趕「奧陌陌」的探測器在近日點附近該如何自保,將是一個非常棘手的問題。

為此,研究人員設想了一些替代方案,其中包括利用木星來進行彈射。

利用木星彈射的方案被稱為「木星歐伯斯機動」。探測器從地球升空後,會先掠過金星,然後再次掠過地球,最後利用木星的引力進行最終加速。

「木星歐伯斯機動」的好處在于,探測器無需裝備厚重的熱防護盾,飛行距離和所需時間也大大縮短。所需技術也是現成的。

但是這樣探測器的飛行速度會比較慢,任務的持續時間也比較長。

但是考慮到一旦探測器接近「奧陌陌」,兩者之間的相對速度會變得重要——如果速度太快,可供探測的時間就會較少;這種劣勢反而會變成優勢。

光帆探測器陣列飛離太陽系(想象圖)。

利用太陽進行加速的探測器飛行速度可以達到每秒30千米,而利用木星進行加速的探測器飛行速度大約只有每秒18千米。

研究人員稱,如果我們決定追趕「奧陌陌」,那麼2028年將有一個發射視窗。如果一枚光帆探測器能在2028年升空,那麼理論上它可以用26年時間,在2054年追上「奧陌陌」。

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