NASA: 谈谈NASA发射的小行星采样探测器

2016-09-10 | 来源: jiyang1971博客 | 转到微信 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

　　朱泙漫学屠龙于支离益，殚千金之家，三年技成而无所用其巧。

　　昨天，NASA发射了小行星取样探测器OSIRIS-REx，前往贝努小行星（101955 Bennu）采集样本。贝努小行星的直径大约500米，其轨道介于火星和金星之间，与地球轨道相仿，但是要扁得多。整个任务大约是7年时间，2年去，2年回，中间3年是观测和取样。探测器并不在小行星表面着陆，只是在掠身而过的时候揩个油，用机械臂从其表面抓取几十克的样品。

　　随便谈谈这件事吧。

　　这次的新闻里说，“166年内撞击地球的可能性为800分之一，因此被认为对地球有潜在危害”。这种话嘛，大家随便听听就是了，不用当真，两年前的新闻里说，“科学家预测22世纪末将近距离接近地球，碰撞地球的概率为2500分之一”。看来贝努小朋友觉得自己不受重视，有些生气了，就擅自调整了轨道。NASA派个小伙伴去跟他聊几年，必然有助于平息他的怒火，也就不会捣乱了。

　　据项目首席科学家说，贝努小行星有可能是“信息与材料的巨大宝库”，因为这种小行星形成于太阳系的早期阶段，其中可能含有水冰与有机物质。我觉得这也就是说说而已。这么小的小行星，离太阳这么近，它的表面应该跟月球表面相仿，早就晒得干巴巴的了，都是疏松的灰土，谈什么水、冰和有机物质？如果他们打算打个很深的孔，比如说1米深，也许有点东西，但是从采样量看起来不像啊。

　　这次任务据说还有助于了解雅科夫斯基效应对小行星轨道的影响。自1999年以来，这个效应使得贝努小行星轨道的改变超过了160公里。听起来很了不得吧？其实这就是个无足轻重的效应，谈这个就只能说明实在是没有其他什么东西好谈了。

　　什么是雅科夫斯基效应？其实就是一种“光压”效应。光也有动量，照在物体上能够提供压力。今年四月份霍金宣传的“摄星计划”就是利用激光产生的光压来推动物体。太阳光当然比激光弱多了，但是也会产生光压；而雅科夫斯基效应比太阳光产生的光压还要弱很多，弱得多得多。

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　　太阳出来暖洋洋。太阳光照在物体上，就会加热物体，但是这个加热需要时间；太阳落山了，物体就会变凉，但是也许要时间。这是因为有热容，还有热传导和热辐射，重新达到热平衡需要一个过程。“日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤”，每天下午两三点的时候最热，凌晨三四点的时候最冷，就是这个道理。小行星在太阳的照射下，必然有些地方热，有些地方冷，因为它总是绕着太阳公转，而且自己可能会自转。热的地方发出的光比冷的地方多（我们说的其实是黑体辐射，不是可见光），这样就会导致一个微弱的推力，这就是雅科夫斯基效应。

　　需要注意的是，指向太阳方向的雅科夫斯基效应并不是主要作用，因为在这个方向上，有太阳的引力，有太阳光的光压力，还有微弱的雅科夫斯基效应，他们都是有心力，最终的平衡决定了小行星的公转轨道。在稳态条件下，这个轨道不会变化的。其主要作用的雅科夫斯基效应是沿着轨道运动方向。由于小行星的公转和自转，太阳照射的位置发生变化，重新建立热平衡需要时间，所以，小行星的前后表面（以行进方向为准）会有一定的温度差，这样就会因黑体辐射的差异而产生一个微弱的力。

　　这个力是很小很小的，我们估计一下它的大小。首先估计一下光压的大小，假设光压作用于小行星的行进方向上（实际上是垂直于此方向的）。地球轨道附近的太阳光功率大约是1KW/m2，除以光速就是动量，再除以小行星的质量，就可以得到加速度，假定小行星的密度接近于岩石，也就是水的两倍左右。可以得到加速度是3×10?12m/s2，小得不得了的一个数。虽然加速度很小，但是耐不住时间长啊，一天就是86400秒，一年3000多万秒，17年下来，由此导致的距离变化大约是30万公里。新闻里说的雅科夫效应只有160公里，差了两千倍，原因在于（1）小行星表面温度低，应该类似于月亮，即太阳照射部分为零上100多度，没照到的部分为零下200度；（2）主要的温度差在于正面和反面（沿着太阳方向），而前面和后面（沿着行进方向）的温度差很小。具体的细节依赖于小行星的形状、表面反射率以及转动速度等等，但这些都是细节，没什么重要的。

　　总之，雅科夫斯基效应是非常微弱的，比微弱的太阳光压还要小几千倍。这个效应根本就是个微不足道的效应，大谈特谈只能说明实在是没有什么好谈的了。至于说利用这个效应来改变小行星的轨道（例如，刷点漆什么的），我只能，怎么说呢，反正只要你高兴就好了。

　　最后再八卦八卦这次任务的来历。

　　上个世纪六十年代美苏争霸的时候，航天是政治任务、是向全世界展示制度先进性的擂台，最终美国以成功登月而宣告胜利，但是登了几次以后，确实觉得这玩艺儿花钱太多，也没有实在的好处，所以就歇下来了。NASA（实际上是整个美国）没了目标，就开始玩些虚的，星球大战计划忽悠了苏联人，航天飞机计划忽悠了自己（关于这件事，可以看看费曼关于“挑战者号”失事的报告）。美国的运气好，苏联出了个最大的蠢才戈尔巴乔夫，活生生的把自己搞死了。这下美国成了全球独大的霸权，“号令天下，莫敢不从”，冷战胜利的红利吃得太爽了。“呜呼！群雄束手，长剑空利，不亦悲夫！”