“射电望远镜?哦,你们找那个白色的雷达呀。”上海城郊佘山,被称为“上海眼”的射电望远镜掩映在一片静谧的绿林丛中,当地人按自己的理解称它“雷达”。
1月14日,这个平日不显山露水的“上海眼”,吸引了众家媒体的目光,飞行了7年多的美国“卡西尼-惠更斯”号土星探测器,将在这一天的某个时刻登陆土星最大的卫星―――土卫六泰坦(Titan)。这是人类迄今为止规模最大、复杂程度最高的一次太空远征。
“惠更斯”登陆土卫六之时,恰逢土星在天空中的位置悬于太平洋上空,只有环太平洋的少数几个国家的射电望远镜能够观测到当时的情景,上海天文台25米射电望远镜恰恰是其中之一,能够“看”到“惠更斯”号从进入土卫六大气层到着陆的全过程。上海天文台的工作人员为此备战良久。
1997年10月15日,造价32.7亿美元的“卡西尼-惠更斯”号在美国肯尼迪发射中心升空。这个由美国宇航局、欧洲航天局和意大利航天局联合实施,美国和欧洲17个国家的260名科学家共同参与研制的“卡西尼-惠更斯”号,经过4次“借力飞行”,于2004年7月1日进入土星轨道。
“卡西尼”号飞船以意大利出生的法国天文学家卡西尼的名字命名,其任务是环绕土星飞行,并向土卫六投放“惠更斯”号探测器;“惠更斯”号以1655年发现土卫六的荷兰物理学家、天文学家和数学家克里斯蒂安?惠更斯的名字命名,重317.5公斤,长宽为2.75米,它的任务是深入土卫六的大气层进行实地考察。
在太阳系中,土卫六被认为是惟一一颗具有稠密大气层的卫星。土卫六大气的化学成分和含量与40多亿年前地球诞生时的大气环境极为相似,欧洲航天局“惠更斯”项目首席科学家勒布勒东形容说,探测土卫六,就像是“回到了40亿年前的地球”。
不同的是,土卫六的大气层比地球要浓厚,以前的行星探测―――先驱者11号(Pioneer11)、航海家1、2号(Voyager1、2)都没有能够深入到内层大气,功亏一篑。使此次进行“实地考察”的“惠更斯”更显得重任在肩。科学家们希望,通过直接探测泰坦,找到生命起源的线索,研究地球大气的演化过程,同时也为人类进行深空探测积累经验。
作为欧洲VLBI网的正式成员,1年前,上海天文台25米射电望远镜就应邀参加了“VLBI跟踪惠更斯探测器”的国际联测项目。从2004年初到2005年1月,负责“VLBI跟踪惠更斯探测器”项目的科学家组织了一系列国际联测,上海天文台25米射电望远镜参加了全部“演习”。
为进一步测试接收系统的灵敏度和稳定性,上海站在“国际联合演习”外还给自己“开小灶”,与日本鹿岛VLBI观测站进行了两次单基线实验。
俗话说,养兵千日,用在一时。1月14日下午,上海天文台VLBI观测基地进入“备战”状态。14时30分左右,所有设备启动“预热”,7名观测人员开始对天线指向、数据记录终端等实施监测。
17时左右,系统灵敏度检测开始。
18时不到,观测员在电脑屏幕上输入开机命令,上海正式加入此次“惠更斯”全球联测网络。25米射电望远镜轻盈地摇摆了一下庞大的“身躯”,完成空间方位矫正,本次观测数据存储的1440G硬盘组也“眨眨眼睛”,闪烁的硬盘灯显示准备就绪。
18时,依靠氢原子钟的精确定时,望远镜正式开始全球同步联测。工作人员给参与此次全球联测的各伙伴基地发去一封E-mail:“各位,上海的跟踪观测工作于世界时(格林威治)10时整开始,一切正常。”
中科院上海天文台VLBI课题组总工程师韦文仁介绍,按照计划,脱离母船“卡西尼”21天的“惠更斯”探测器,应在1月14日北京时间17时6分进入土卫六大气层,它发出的第一道电波,会按照“惠更斯―――卡西尼―――地球”的途径,经过约1小时13分钟的“长跑”到达地球,时间在18时19分前后。由于“惠更斯”整个登陆的时间大约为两个半小时至三个小时,在18时19分到21时19分之间的观测和记录尤为关键。
土卫六泰坦离地球相距很远,约8.5个天文单位(1天文单位≈1.5×108公里)之遥,返回到地球的信号非常微弱,无论是肉眼还是频谱仪都无法“看”到。但这些微弱信号能被射电望远镜准确收集到,转换成数据后,被有1440G的海量硬盘组容纳。
总工程师韦文仁对1440G的硬盘会“心中有数”充满自信:“虽然我们无法看到可视的图形数据,也听不到任何无线电信号,但根据前两次与日本方面合作试观测的经验,可以预期这次上海观测站参与的“惠更斯”信号接收工作成功的概率很大。”
22时30分,喜讯从欧洲航天局传来:“惠更斯”发射的信号仍很强,估计它已按原计划在土卫六成功着陆。欧空局请各观测点延长观测时间3小时。
“惠更斯”号的降落过程历时两个多小时,其间打开了3个降落伞进行减速,探测器上的6台测量压力、温度、风速和大气成分的仪器同时开始运转。“惠更斯”先将信号传给母机“卡西尼”,再由“卡西尼”将数据转回地面控制中心。据上海天文台佘山站站长林清介绍:空中有很多放射无线电波的天体,单个的射电望远镜可以通过接收无线电信号来确定天体位置,两个及两个以上就能成像观测了。所以,射电望远镜天生就喜欢“集体作业”,而且数量越多、相隔越远、分布越均匀,成像的分辨率就越高。
韦文仁解释说,上海站与日本站实行数据交叉,如果一方接收失败,另一方的接收也随之失败,“就像方程式2×0=0一样”。在两两数据交叉的工作关系中,鉴别对错,只有依靠第三方的介入。上海观测站、日本观测站、乌鲁木齐观测站就是这样的数据交叉关系。韦文仁表示,全球有17个观测站参与此次“惠更斯”探测项目,由于各个观测站之间的数据有不同的关联程度,即使一半的观测站接收失败,也不会影响全局的接收数据和分析工作,项目仍可继续。
据说,不久的将来,中国探月一期工程也将采用这种联测方式,联合我国深空测控网,对探月卫星进行实时定位、测速。国家天文台正在北京、昆明两地各建设一台50米口径和40米口径的射电望远镜。届时,两者将与上海佘山和乌鲁木齐的25米射电望远镜共同形成一个观测网,独立进行观测。
1月15日0时30分,上海基地结束了6个半小时的观测。欧洲航天局随后正式宣布:“惠更斯”探测器登陆土卫六取得成功。欧洲航天局局长让?雅克?多尔丹在致辞中颇显兴奋:“我们是土卫六的第一批访客。我们正在接收的科学数据将会揭开这个新世界的秘密。”
记录了上海观测站完整数据的硬盘,目前正在前往荷兰相关处理中心的路上,韦文仁预言:“此次接收到的‘惠更斯’信号将显示为丘陵与条纹相间的图像,丘陵状图形代表超声信号,条纹状图形就是‘惠更斯’发出的无线电信号,如果看到丘陵上突起像冰凌状的条纹,就代表我们接收成功了。”
理论上,要在硬盘到达荷兰一周后才能知道接收工作是否成功。但是上海与日本鹿岛VLBI观测站已事先达成意向,相互交换检测数据,16日启程前往日本的4分钟抽样数据,经过两天的处理就可以显示出上海观测站在接收方面的成绩。
由于自身携带的能源有限,“惠更斯”号探测器在登陆约90分钟后结束了自己的历史使命,静静地、永远地留在了土卫六的表面。母船“卡西尼”号还将再接再厉,对土星及其卫星展开4年的探索。
据欧洲航天局德国达姆斯坦特中心的代表伯恩哈德?弗恩?瓦耶披露,已经接收到的350张照片,质量很高。记录下的各类声音,将是证明土卫六上风力的最原始的证据。
美国亚利桑那大学月球和地球实验室为“惠更斯”号提供了照相设备,实验室的科学家马蒂?托马斯科在看过拍回的照片后说:“很明显,有液态物质在土卫六表面流淌……它可能是液态甲烷或碳氢化合物。”这与生命诞生前的地球非常相似。
欧洲航天局的科学家们表示,目前拍摄、收集、传回的有关土卫六的地表特征、大气环境等照片及数据,将足够“消化”几年的,其价值和影响会在今后的研究中逐步显现出来。
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