15年前歐空局惠更斯號(hào)探測(cè)器創(chuàng)造了歷史，它降落在土星衛(wèi)星土衛(wèi)六的表面，成為第一個(gè)成功降落在太陽(yáng)系另一個(gè)世界的探測(cè)器。然而，在下降過(guò)程中，探測(cè)器開(kāi)始以錯(cuò)誤的方向旋轉(zhuǎn)，但15年了，一直是一個(gè)謎，現(xiàn)在的研究測(cè)試終于揭示了其原因。NASA/ESA/ASI1997年發(fā)射卡西尼-惠更斯任務(wù)仍然是標(biāo)志性的，自從2004年底到達(dá)土星及其衛(wèi)星土衛(wèi)六以來(lái)，它對(duì)我們理解土星及其衛(wèi)星土衛(wèi)六做出了巨大貢獻(xiàn)。

這次任務(wù)包括軌道器卡西尼號(hào)和小型大氣探測(cè)器惠更斯號(hào)著陸器，卡西尼號(hào)在成為第一個(gè)繞土星運(yùn)行的航天器后，在土星軌道上運(yùn)行了13年多，2005年1月14日，惠更斯號(hào)著陸器前往土星衛(wèi)星泰坦探索物理特性和大氣。惠更斯號(hào)危險(xiǎn)的下降持續(xù)了2小時(shí)27分鐘，小探測(cè)器收集的數(shù)據(jù)繼續(xù)促進(jìn)了關(guān)于這顆迷人衛(wèi)星的大量發(fā)現(xiàn)。著陸器傳回了對(duì)泰坦大氣的第一次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，確定了從1400公里高度到地面的大氣壓力、密度和溫度。

探測(cè)器的多普勒風(fēng)實(shí)驗(yàn)(DWE)在大氣中發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)烈的東西向風(fēng)，其中一些風(fēng)的旋轉(zhuǎn)速度比衛(wèi)星本身還快。它揭示了為什么土衛(wèi)六的大氣中含有甲烷、氮?dú)夂臀⑿〉臍馊苣z，數(shù)量是多少，并在內(nèi)部探測(cè)到地質(zhì)過(guò)程和特征的跡象，如冰火山作用，以及潛在的大型地下海洋。通過(guò)探索籠罩在衛(wèi)星上的厚厚霧霾，探測(cè)器還幫助科學(xué)家們可視化了泰坦的表面，返回了過(guò)去水活動(dòng)的證據(jù)，比如干涸的河床和排水網(wǎng)絡(luò)以及長(zhǎng)期空置的湖泊盆地，以及對(duì)巨大沙丘和冰沙的觀察。

然而，有一件事仍然是個(gè)謎：為什么惠更斯號(hào)在下降過(guò)程中會(huì)朝“錯(cuò)誤”的方向旋轉(zhuǎn)。探測(cè)器從卡西尼號(hào)上以每分鐘7.5轉(zhuǎn)的速度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)釋放。由于探測(cè)器的設(shè)計(jì)，它的自轉(zhuǎn)速度首先幫助保持惠更斯號(hào)保持穩(wěn)定，因?yàn)樗巳艿臅r(shí)間滑行到泰坦，然后當(dāng)它最終進(jìn)入大氣層時(shí)，盡管惠更斯最初的表現(xiàn)與預(yù)期一致，但在下降過(guò)程中，探測(cè)器的自旋速度下降得比預(yù)期快得多，大約10分鐘后才逆轉(zhuǎn)為順時(shí)針?lè)较颉Ｔ谑Ｏ碌?小時(shí)15分鐘的下降過(guò)程中，它一直以這種方式旋轉(zhuǎn)。

幸運(yùn)的是，這種反向旋轉(zhuǎn)的幅度與研究人員預(yù)期相似，這意味著意外的翻轉(zhuǎn)，影響了計(jì)劃中的觀測(cè)時(shí)間，但沒(méi)有顯著影響觀測(cè)質(zhì)量。之前的研究已經(jīng)對(duì)這一行為進(jìn)行了研究，現(xiàn)在在法國(guó)奧爾良大學(xué)普里姆實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的亞音速風(fēng)洞測(cè)試現(xiàn)在證實(shí)了主要原因。這項(xiàng)研究是根據(jù)歐空局與LPC2E/CNRS-Orléans大學(xué)的合同于2017年至2019年進(jìn)行?；莞固?hào)配備了36個(gè)傾斜的葉片，用于控制下降艙的旋轉(zhuǎn)。然而，探測(cè)器的兩個(gè)主要附件，分離子系統(tǒng)(SEPS)和雷達(dá)高度計(jì)(RA)天線，實(shí)際上產(chǎn)生了與葉片產(chǎn)生的扭矩相反。

隨著葉片改變下降艙周?chē)臍饬?，增?qiáng)了“負(fù)扭矩”的幅度（這種效應(yīng)使惠更斯改變了旋轉(zhuǎn)方向）直到它超過(guò)了葉片的影響，這種效應(yīng)被放大了。這一工程之謎的解開(kāi)，將有助于未來(lái)的探測(cè)器設(shè)計(jì)，進(jìn)一步推動(dòng)人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)系的探索。也有跡象表明，惠更斯號(hào)大氣結(jié)構(gòu)儀器(HASI)的吊桿在下降過(guò)程中可能沒(méi)有完全展開(kāi)，因此在三種不同的配置（堆放、展開(kāi)和半展開(kāi)）中執(zhí)行了具體測(cè)試，并確認(rèn)了在非對(duì)稱(chēng)展開(kāi)下可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)扭矩，這種影響正在進(jìn)一步研究中。

博科園｜www.bokeyuan.net

博科園｜研究/來(lái)自：歐洲航天局

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普