历史性地首次登陆彗星 遭遇挫折的"菲莱"如何重新定义太空探索

罗塞塔号着陆器菲莱在 67P/Churyumov-Gerasimenko 彗星表面的艺术印象。 图片来源：ESA/ATG medialab

历史性的着陆

2014年11月12日，经过长达十年、跨越太阳系和超过5亿公里的旅程，罗塞塔号着陆器"菲莱"创造了历史，成为第一个在彗星上着陆的航天器。 在欧洲航天局（ESA）纪念这一开创性成就十周年之际，他们向菲莱对67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星的太空探索做出的卓越贡献表示敬意。

2014年11月12日，菲莱的ROsetta着陆器成像系统（ROLIS）拍摄的图像追踪了着陆器下降到67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星上的第一个着陆点Agilkia的过程。 图片来源：ESA/Rosetta/Philae/ROLIS/DLR

选择着陆点

当“罗塞塔”号于2014年8月6日抵达彗星67P时，任务团队立即开始为“菲莱”号选择合适的着陆点。着陆点必须在安全性和科学潜力之间取得谨慎的平衡。

利用"罗塞塔"拍摄的高分辨率图像，科学家们对各种候选地点进行了细致的分析和讨论。 经过几个星期的讨论，他们选择了彗星两个叶片中较小的一个看起来比较平滑的区域。 这个位置被命名为Agilkia，它提供了稳定性和突破性科学机会的最佳组合。

接下来是紧张的准备工作，但在着陆前一晚，发现了一个问题： 菲莱的主动下降系统无法启动，该系统可以提供向下的推力，防止着陆时反弹。 菲莱只能依靠鱼叉和三只脚上的冰螺丝将其固定在地面上。

尽管如此，"绿灯"还是亮了，在与"罗塞塔"分离后，"菲莱"开始了长达七个小时的彗星表面下降之旅。 在下降过程中，菲莱开始"感知"彗星周围的环境，当第一个着陆点出现在视野中时，菲莱拍摄了令人惊叹的图像。

罗塞塔号"着陆器"菲莱"已经安全抵达67P/楚留莫夫-格拉西缅科彗星的表面，这是前两张CIVA图像所证实的。 在前景中可以看到着陆器三只脚中的一只。 该图像为两幅马赛克图像。 图片来源：ESA/Rosetta/Philae/CIVA

首次接触彗星

菲莱在阿吉尔基亚的着陆非常准确。 菲莱脚上的传感器感受到了着陆时的震动，产生了人造物体与彗星之间的首次接触记录。 但很快就发现，菲莱的鱼叉没有发射，它又意外地飞了起来。

最终，菲莱与地面接触了四次。 由于第一个着陆信号触发了一个自动序列，菲莱的仪器在飞行过程中一直在工作，收集独特的数据，这些数据后来产生了重要的结果。 另外一个意想不到的收获是，在不止一个地点收集到了数据，首次对表面特征进行了直接测量，并对着陆点进行了比较。

例如，当菲莱从一个着陆点跳到另一个着陆点时，它能"感觉"到表面质地和硬度的不同。 在第一个着陆点，它探测到了几厘米厚的软层，几毫秒后又遇到了一层更硬的软层。

与悬崖相撞后，菲莱刮过了第二个着陆点，首次现场测量了彗星上巨石内部冰尘的软硬度。 菲莱在数十亿年的冰层上"踩踏"印记的简单动作显示，这块巨石比卡布奇诺咖啡的泡沫还要松软，相当于大约75%的孔隙率。

菲莱着陆器上有10台仪器：

APXS： 阿尔法质子X射线分光计（研究着陆点的化学成分及其在彗星接近太阳时可能发生的变化）

CIVA： 彗核红外和可见光分析仪（六台照相机拍摄彗星表面全景照片）

CONSERT：通过辐射波传输进行的彗核探测实验（与罗塞塔轨道器一起研究彗核的内部结构）

COSAC： COmetary SAmpling and Composition experiment（探测和识别复杂的有机分子）

PTOLEMY：使用 MODULUS 协议（从不确定性稳定同位素组成中确定和了解轻元素的方法）了解氢、碳、氮和氧等轻元素的地球化学。

MUPUS： MUlti-PUrpose Sensors for Surface and Sub-Surface Science（研究彗星表面和邻近次表面的特性）

ROLIS：罗塞塔着陆器成像系统（提供着陆点的第一批特写图像）

ROMAP： 罗塞塔着陆器磁强计和等离子体监测器（研究彗星的磁场和等离子体环境）

SD2：取样、钻孔和分配子系统（钻孔深度达 23 厘米，并将材料输送到星载仪器进行分析）

SESAME： 表面电探测和声学监测实验（探测彗星的机械和电气参数）

Credit: ESA/ATG medialab

科学收获

菲莱随后"跳跃"了大约30米，到达了名为阿比多斯的最终着陆点，在那里，它的CIVA相机提供了人类制造的天体接触46亿年前太阳系遗迹的第一张图像。 彗星上的确切位置将在近两年的时间里不为人知。

在这个位置，菲莱的MUPUS锤穿透了一个软层，然后在表面下几厘米处遇到了一个出乎意料的坚硬表面。 菲莱用脚"聆听"锤击，记录下穿过彗星的振动。 这是自1972年阿波罗17号登月任务以来，首次对天体进行主动地震测量。

MUPUS还携带了一个热传感器，测量了当地温度从-180ºC到145ºC的变化，与彗星12.4小时的昼夜同步--这是首次在彗星表面测量彗星的温度周期。

与此同时，CONSERT 实验在罗塞塔和菲莱之间通过无线电波穿过彗星进行首次彗星探测实验，发现彗星内部是非常松散的尘埃和冰的混合物，孔隙率高达 75-85%。

菲莱在彗星上 64 小时生活的精彩片段。 图片来源：欧空局

飞行中的发现

在弹跳过程中，菲莱的COSAC和托勒密仪器"嗅"到了彗星的气体和尘埃，它们是早期太阳系原始物质的重要示踪剂。 COSAC发现了一套16种有机化合物，其中包括许多富含碳和氮的化合物，包括异氰酸甲酯、丙酮、丙醛和乙酰胺，这些化合物以前从未在彗星中检测到过。 COSAC和托勒密探测到的这些复杂分子在合成生命所需成分的过程中发挥了关键作用。

菲莱的弹跳还使它能够测量彗星表面上方不同高度的磁场，这表明彗星明显没有磁性。 以前的任务很难探测到彗星的磁场，因为它们通常是高速飞过，离彗核相对较远。 罗塞塔号"环绕彗星的轨道和"菲莱"在更接近彗星表面的地方进行的测量，提供了对彗核磁性的首次详细调查。

2016年9月2日，Rosetta的OSIRIS窄角相机在2.7千米的距离上拍摄的菲莱着陆器在彗星表面的特写。 图片来源：ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

最终，在与"罗塞塔"分离后的64小时内，在着陆器进入休眠状态之前，大约80%的菲莱计划科学序列已经完成。

在菲莱休眠的同时，"罗塞塔"继续从环绕太阳运行的彗星上传回前所未有的大量信息，并观察到彗星的活动达到顶峰，然后又慢慢减弱。 2015年6月至7月，菲莱曾短暂出现，但无法重新启动。 随后，随着"罗塞塔"号按计划大胆下降到名为"赛斯"（Sais）的表面，"菲莱"号的最终着陆点在轨道器图像中被揭示出来，这成为太空探索最伟大故事之一的最后一个转折点。

为未来任务铺平道路

欧空局在小天体探索方面有着令人印象深刻的传统，"罗塞塔-菲莱"双星计划激励着下一代彗星和小行星追逐者。

欧空局的Giotto任务于1986年飞越哈雷彗星，这是首次对彗星表面进行成像的任务。 罗塞塔"任务自然是下一个步骤，它成为第一个绕彗星飞行并在彗星表面部署着陆器的任务。 同时，"罗塞塔"号也是第一颗围绕太阳跟踪彗星，在彗星最接近太阳时监测其活动的彗星。

罗塞塔号"为即将进行的彗星拦截器任务铺平了道路，与前者不同的是，该任务将首次探测一颗造访太阳系的彗星。 因此，这颗彗星上的物质将经过最少的加工处理，从而可以"更干净"地观察到太阳系诞生之初的原始物质，然后再经过太阳热量的雕琢。 这次任务将由一个主飞行器和两个探测器组成，对彗星进行多角度观测。

欧空局小型天体飞行任务。 图片来源：欧空局科学办公室

在美国国家航空航天局（NASA）进行撞击实验以改变小行星轨道之后，欧空局也在探访小行星，其旗舰"行星卫士"赫拉（Hera）正在前往迪莫弗斯（Dimorphos）的途中，这是对行星防御技术的一次大规模测试。 赫拉"号的轨道方案直接借鉴了"罗塞塔"号，任务中的两颗较小卫星携带的雷达和尘埃测量仪器也是基于为"罗塞塔"号设计的仪器。

同时，拉美西斯（Ramses）将陪伴小行星阿波菲斯（Apophis）在2029年以非常近的距离飞越地球。 而旅行箱大小的M-Argo将在本十年晚些时候与一颗小型近地小行星会合，成为在太空中独立执行任务的最小航天器。

新的在线展览揭示了罗塞塔和菲莱的遗产也活在人们的心中。

罗塞塔（Rosetta）是欧空局的一项飞行任务，其成员国和美国国家航空航天局（NASA）为这项任务做出了贡献。 Philae由德国航天中心、公安部、法国国家空间研究中心和意大利航天局领导的联合体提供。

编译自/ScitechDaily