羅塞塔號彗星探測器

羅塞塔號彗星探測器是歐洲空間局組織的無人太空船計畫，格林尼治時間2004年3月2日7時17分（台北時間3月2日15時17分）發射，研究楚留莫夫－格拉希門克彗星 代號為67P。羅塞塔號由兩個主元件組成：羅塞塔探測器及菲萊登入器。探測器以羅塞塔石碑為命名，主要任務是探索46億年前太陽系的起源之謎，以及彗星是否為地球“提供”生命誕生時所必需的水分和有機物質。登入器以尼羅河中小島的名字菲萊命名，有一塊方尖碑在那裡被發現且協助解讀羅塞塔石碑。

2014年11月13日凌晨，在經歷了長達7個小時的漫長等待後，由羅塞塔彗星探測器釋放的“菲萊”著陸器成功登入67P/Churyumov-Gerasimenko（67P/楚留莫夫-格拉希門克）彗星。

2016年9月30日，羅塞塔號彗星探測器撞向67P/楚留莫夫-格拉希門克彗星，羅塞塔號與地面失去聯繫，正式結束了長達12年的“追星”之旅。

基本介紹

• 中文名：羅塞塔號彗星探測器
• 外文名：Rosetta comet probe
• 歸屬：歐洲航天局
• 重量：約3噸
• 體積：約12立方米
• 裝備儀器：10個科學探測儀器
• 主要任務：探索46億年前太陽系的起源之謎
• 升空時間：台北時間2004年3月2日15時17分 
• 飛行路程：飛行5億公里路程
• 任務結束。：2015年12月
• 元件組成：羅塞塔探測器及菲萊登入器
• 花費時間：10年
• 耗資：13億歐元(約合人民幣99.21億元)
• 計畫：無人太空船計畫
• 國際標誌：2004-006A
• 衛星目錄號：28169

歷史背景

羅塞塔號

1799年，羅塞塔石碑（Rosetta　Stone）在埃及被發現。石碑上鐫刻了三段分別用埃及象形文字、通俗體文字和希臘文書寫文字。由於文字的內容完全相同，科學家終於在1822年破譯出了古埃及的象形文字，打開了通向古埃及歷史文明的大門。

名字由來

羅塞塔石碑的發現是古埃及象形文字成功釋讀的關鍵，歐洲航天局希望這個儀器也能在太空探測中起到關鍵性突破的作用。

美國宇航局計畫

1991年，“羅塞塔彗星彗核取樣計畫”被列入了ESA和美國宇航局（NASA）的計畫之中。一個以“羅塞塔”命名的彗星探測器將把一個著陸器和一個返回艙送到特定彗星上面。然後，著陸器將在彗星表面提取樣品，返回艙把這些樣品帶回地球。科學家希望“羅塞塔”號成為天文學的“羅塞塔”石碑，提供彗星保存了數十億年之久的太陽系初期信息，通過研究這些信息，科學家可以打開通向太陽系古老歷史的大門。

2004年3月，羅塞塔號終於由庫魯航天中心發射升空。它將用10年的時間去追趕丘留莫夫-格拉西緬科彗星（67P/Churyumov-Gerasimenko），並最終在彗星的上空停留，成為這顆彗星的人造衛星。

2014年11月，“菲萊”脫離“羅塞塔”並成功登入目標彗星。

2015年4月14日，“羅塞塔”彗星探測項目最新觀測結果顯示，其目標彗星“67p/丘留莫夫－格拉西緬科”上沒有磁場，這或許會讓科學家重新認識太陽系的構成。

設備介紹

“羅塞塔”號探測器

羅塞塔號裝備了一對各長14米的太陽能電池陣列，有超過60平方米的面積最低可以提供400瓦的功率。羅塞塔號的著陸器“菲萊”將在丘留莫夫-格拉西緬科彗星的彗核表面鑽一個深度超過20厘米的洞，從彗核的表層以下提取物質，然後放到顯微鏡下研究。環繞彗核飛行的將近兩年時間裡，羅塞塔號還將目睹彗核逐漸接近太陽的時候，彗核上的物質（主要是冰）逐漸升華，形成彗發和彗尾的過程。整個任務將在2015年12月結束。

歐洲“羅塞塔”彗星探測器重約3噸，大小約12立方米。它共裝備了10個科學探測儀器，這些儀器將分析彗星的物理和化學構成及其電磁和引力的特性等。 “羅塞塔”接近彗星後，將分為軌道飛行器和登入器兩部分，是第一個登入彗核表面的探測器。彗星登入器將實地研究彗核的表面，以及表層下的成分構成、硬度、密度等，它還裝載了一個特殊的照相機，屆時將把它拍攝到的照片傳回地球的地面控制中心。 科學家將“羅塞塔”與彗星相會點選在了彗星距離太陽6.72億公里的軌道最遠處這一相會處與地球的距離為5億公里。預計2014年1月，“羅塞塔”將到達距彗星幾公里處，並在這一高度的軌道上圍繞彗星運轉。同年10月，它將向彗星發射登入器。 此後，“羅塞塔”將與彗星共同度過17個月，雙方在此期間將不斷向太陽靠近，直至彗星到達距離太陽最近軌道處時，它的探測壽命也將隨即終結。

提速原理

歐洲航天局2005年3月7日發布公告稱，2004年3月發射的歐洲“羅塞塔”彗星探測器於5月4日首次飛經地球，“羅塞塔”利用了地球引力的拉扯效應，大幅度提升了飛行速度。專家們將這一現象比喻為“跳板效應”。

“羅塞塔”探測器計畫用約10年時間追上一顆名為丘留莫夫-格拉西緬科的彗星。如果一切順利，預計在2014年1月，“羅塞塔”將到達距這顆彗星幾公里處，並成為人類首個圍繞彗星運轉、進而施放登入器在彗星表面著陸的探測器。然而追趕彗星需要巨大的能量，“羅塞塔”探測器重達3噸，所攜帶的能量是有限的。因此，科學家專門設計了讓“羅塞塔”3次飛過地球，並且在2007年與火星“擦肩而過”的路程。這樣，在這幾次巧遇中，“羅塞塔”將利用地球或火星的引力助推作用（借力飛行），大幅度提升飛行速度，同時節省飛行能量。

地球的引力好比是一個跳板，而探測器好比石子，在跳板的彈力作用下，石子的運動速度可以大大提高。“羅塞塔”探測器本次是以每小時38000公里的速度在距地面約1954公里的高度飛經地球，此後它的速度還將不斷增大。預計在地球和火星引力的多次拉扯下，探測器最終將得以飛行50億公里路程，趕上丘留莫夫-格拉西緬科彗星。

天文學家認為，彗星是由太陽系誕生初期的物質構成的，由於它自身的溫度極低並處在溫度極低的宇宙空間，因此在太陽系誕生46億年來，彗星幾乎始終保持著形成初期的狀況，對它進行研究將有助於人類揭開太陽系形成之謎。

研究進程

探測計畫

“羅塞塔”號探測器

在1986年哈雷彗星來臨時，曾有一群國際太空探測器被送去探測彗星系統，其中最重要的是歐洲空間局非常成功的喬托號。在探測器傳回大量豐富有價值的科學資料後，明顯地需要增加更多探測器以了解複雜的彗星成份以及解決新增加的問題。
美國國家航空航天局及歐洲空間局員先有個別開發探測器的計畫，NASA的探測器是CometRendezvousAsteroidFlyby(CRAF)任務。NASA在1992年因預算限制放棄CRAF後，歐洲空間局決定自行研發太空船。1993年野心勃勃的樣本取回任務對於歐洲空間局預算明顯地不切實際，所以重新設計任務，最終的任務類似原本已

羅塞塔號彗星探測器

經取消的CRAFT任務：小行星飛越，接著彗星會合及實地調察(in-situ)，包括一個登入器。
羅塞塔號依照COSPAR規則在無塵室建造，但根據羅塞塔號計畫科學家的訊息，“殺菌一般並不是關鍵，因為彗星通常被視為能找到prebiotic分子的物體，也就是生命前導的分子，但不是活的微生物。

發射

原本它會在2003年1月12日發射，而在2011年與彗星46P會面。然而這個計畫因為2002年12月11日一場亞利安五號運載火箭的失敗而取消。新的計畫目標改為彗星67P，在2004年2月26日發射，並在2014年會面。因更多的質量及隨之增加的撞擊速度使登入器設備必須修改。兩次嘗試發射取消後，羅塞塔終於在2004年3月2日格林威治時間7:17發射。除了發射時間與目標的改變外，這個任務幾乎保持一樣。

巡航

拍攝燈火通明的大陸夜景時，羅塞塔號

2007年2月25日，羅塞塔號安排了一次低高度通過火星，因為第一次發射被拖延了一年而必須修正軌道。這並不是沒有風險的，因為估計飛越高度僅僅只有250公里（155英里）。

因為太空船在火星的遠端，在那裡它將有15分鐘無法接收到任何太陽光，因此不能使用太陽能板。所以太空船因此將進入待命模式，不可能進行通訊，必須靠並不是為了這個工作設計的電池飛行，因此這項火星附近的調動被暱稱為“十億美元的賭博”。幸好，飛越在03:15中央歐洲時間（CET）成功了，任務仍持續進行中。

在2014年5月，羅塞塔號將進入一個非常慢的軌道環繞彗星並且漸漸降速，準備放出登入器接觸彗星本身。登入器被命名為“菲萊”，將會以相對速度1m/s接近並接觸表面，兩個魚叉將被投射至彗星以避免登入器彈跳出去。為更進一步將登入器固定在彗星上，將會利用幾次鑽孔。

科學任務

一旦附著在彗星上，預計將在2014年11月發生，登入器將開始科學任務：

描述彗星核 ；確定存在的化合物 ；研究星活動及隨時間的發展 。真確的彗星表面並不知道，而軌道船於登入器分離前將描繪地表。雖然地表幾乎沒有任何已知細節，但還是期待能找到合適的登入地點。

完成調整

從事“羅塞塔號”彗星探測器飛行指揮工作的科學家們完成了對探測器軌道的調整，這一調整將使得“羅塞塔號”將於2007年2月飛越火星。

羅塞塔號彗星探測器

歐洲宇航局“羅塞塔號”彗星探測器的最終考察目標是“楚留莫夫－格拉希門克彗星”號彗星，其代號為67P。在抵達目標之前，探測器總共需要經過四次類似的軌道調整，這次調整是探測器進入其預定軌道前的第二次。

“羅塞塔號”彗星探測器於2004年發射升空，2005年3月在環地球軌道上完成首次變軌制動。預計到2007年11月，它又重新回到環地球軌道來旅行。為了讓探測器順利飛越火星，歐洲宇航局的專家們在2006年9月29日---11月13日期間不停地校正著其飛行軌道。經過專家們的這些努力後，“羅塞塔號”探測器屆時將在距離火星表面250公里的高度上飛越火星。

在繞火星飛行期間，“羅塞塔號”還將對自己隨機搭載的一系列科研儀器進行調試並收集部分有關火星的資料信息。在飛到火星背面時，探測器將處於節能狀態，屆時將只有其攜帶的“菲萊”行星登入艙處於正常工作狀態。因為這個登入艙裝備了獨立電源。

“羅塞塔號”彗星探測器2007年的第一個太空探測目標是位於火星和木星間的一顆小行星，主要是研究該小行星的旋轉方向。之後科學家們將通過對該小行星的特徵進行初步判斷從而制定出探測器在2010年左右對該小行星進行詳細探測的計畫。

在近距離飛過火星時，“羅塞塔號”將對火星展開約20個小時的探測。屆時探測器攜帶的照相機和光譜分析儀將收集火星大氣、火星表面以及火星化學構成情況的資料。此外，“羅塞塔號”探測器還將提取火星大氣與太陽風相互作用的信息，並對火星的兩顆天然衛星“火衛一”和“火衛二”進行拍攝。在對火星的探測完成後，歐洲宇航局的科學家們還將檢測探測器飛行特徵及其速度指數是否與專家們預定的相吻合。

飛躍火星

羅塞塔探測器成功飛掠小行星

歐洲航天局發射的“羅塞塔”號彗星探測器2007年2月24日與火星“擦肩”而過，成功藉助火星引力改道。

“羅塞塔”號將於10年內飛越地球3次和火星1次，藉助地球和火星引力場完成改道或加速，於2014年追蹤到“楚留莫夫-格拉希門克”彗星，鑽探取樣，協助科學家探索彗星。航天專家稱，“羅塞塔”號的這次火星改道成功是整個彗星探測計畫的“重要一步”。

“羅塞塔”號彗星探測器的無線電信號24日在靜寂近20分鐘時間後，位於德國西部的歐洲航天局控制中心終於再次收到它的信號。科學家聽到信號聲，不約而同鼓起掌來。

在近20分鐘的時間裡，“羅塞塔”號成功飛越火星，藉助引力場改道。“羅塞塔”彗星探測項目的負責人曼弗雷德·瓦爾豪特說：“‘羅塞塔’還在路上。”

“羅塞塔”號重約3噸，它這次飛越火星的軌道與航天局控制人員預設的軌道非常接近，一度與火星表面距離不足250公里。完成火星飛越的“羅塞塔”號將於2007年和2009年兩次飛越地球，再次加速。

“羅塞塔”號2004年3月2日由“阿里安—5”號運載火箭攜帶，從法屬蓋亞那庫魯基地升空。經過4次地球或火星引力拉扯後，“羅塞塔”號將大幅提升速度，預計飛行71億公里，於2014年進入“楚留莫夫-格拉西門克”彗星軌道。之後，“羅塞塔”號將向彗星表面傳送“菲萊”號著陸器，在彗星冰蓋探測。這將是人類有航天史以來的首次彗星“軟著陸”。

探測彗星

格林尼治時間2014年1月20日18時18分(台北時間21日2時18分)，美國航天局位於加利福尼亞州的地面站接收到“羅塞塔”彗星探測器向地球傳回的信號，這意味著“羅塞塔”號順利從31個月的休眠中甦醒，將開始對一顆彗星進行探測。

圖為彗星探測器探索效果圖

歐洲航天局網站在2014年1月20日發表的公報稱，2004年3月2日，歐洲航天局的“羅塞塔”彗星探測器升空，開始追逐“丘留莫夫－格拉西緬科”彗星。探測器抵達木星軌道附近後，其裝載的太陽能電池已經無法從太陽獲得足夠的能量。

為了給最後階段的追逐保留電力，研究人員從2011年6月8日開始，讓“羅塞塔”號進入休眠狀態。格林尼治時間1月20日10時，“羅塞塔”上裝備的“鬧鐘”讓探測器的電腦啟動，跟蹤導航系統開始逐漸升溫，大約6個小時後恢復正常工作。隨後，“羅塞塔”向地球傳回信號宣告“醒來”。

美國航空航天局2014年1月20日訊息說，根據此前計畫，在此次被喚醒後，“羅塞塔”將進行一系列機動變軌，從後方逐漸追趕上彗星，進入環繞彗星運行的軌道，然後為著陸器“菲萊”選擇安全的著陸點，向彗核發射著陸器。著陸日期預計為2014年11月11日。

如果一切順利，“羅塞塔”將成為人類首個近距離繞彗星運行並在彗星表面投放著陸器的探測器。它將持續向地球回傳數據，直到電池耗盡或被從彗星上脫落的物質擊毀。

彗星是太陽系形成的時候留存至今的碎片，因此那裡保存著45億年前原始太陽系的信息。這次探測有助於解開太陽系的起源之謎，同時回答地球上的水及構成生命的有機物質是否來自於彗星的問題。

接軌彗星

接軌：10年5個月又4天，2014年8月6日，彗星探測器“羅塞塔”號經過10年時間，航行60億公里後終於與“楚留莫夫－格拉希門克彗星接軌，以每小時最高13.5萬公里的速度繞太陽飛行，與彗星相距不到100公里，它自帶的照相機拍攝了彗星表面的照片，呈現了大若房屋的巨石。成為人類史上首個進入彗星軌道的太空飛行器。

“由於遠離太陽難以給太陽能板充電，“羅塞塔”還經歷了長達31個月的“深度睡眠”，直到2014年1月才被喚醒。

擬著陸點

2014年8月27日，歐洲空間局的“羅塞塔”探測器飛行了10年後將在67P/楚留莫夫-格拉希門克彗星著陸，是“羅塞塔”攜帶的一個著陸器著陸，它名叫“萊菲”。前不久，“羅塞塔”探測器抵達彗星後開始了環繞拍攝，對彗星表面進行了詳細觀測，為“萊菲”尋找一個合適的著陸場。

2014年9月15日，羅塞塔彗星探測器已經為它的菲萊著陸器在彗星67P/Churyumov-Gerasimenko表面上選擇了一個著陸目的地。彗星67P/Churyumov-Gerasimenko外形看似由兩個組成部分“連體”而成，最大直徑約4公里，其不規則的外形條件並不利於著陸器的平穩投放。

專家們起初在8月底選出5個候選著陸點，分別命名為A、I、B、J和C點（均位於一個面積為1平方公里的橢圓形區域內），並通過分析每個候選地點的相關圖像與數據信息，於上周末在法國土魯斯召開的一次為期2天的會議上選出了一個首選著陸點和一個備用著陸點。

被命名為“J點”的首選著陸點位於彗星“頭部”。與其他候選地點相比，J點所在區域的大多數斜面的傾角都小於30度，且周圍石塊數量較少，大大降低了菲萊著陸器在著陸時發生傾倒的風險；另外，該區域能吸收大量的太陽光照，可在菲萊著陸器電池初始電量耗盡後幫其充電，確保科學觀測活動繼續進行。

備用著陸點C點位於彗星的“身體”部分，一旦更多的分析表明J點並不適於著陸，C點將取而代之。

目前，科學家和工程師們正在設計向J點投放菲萊著陸器的確切路線。歐空局說，之所以要在11月中旬以前完成菲萊著陸器的著陸操作，是因為彗星會因接近太陽而變得更加活躍，從而影響羅塞塔彗星探測器在軌道中的位置，給菲萊著陸器著陸帶來困難。

登錄彗星

2014年11月12日歐洲太空總署稱，“菲萊”號探測器12日已經與母船分離，“菲萊”號探測器於格林尼治標準時間12日8點35分(台北時間下午4點35分)被從運載飛船上彈出。開始踏上首次登入彗星之旅。

歐洲太空總署稱，“菲萊”號探測器已經與“羅塞塔”號飛船分離，現在即將成為在彗星上登入的首個太空飛行器。著陸預計在大約7個小時後展開。

能源危機

2014年11月14日，位於德國達姆施塔特的歐洲航天局表示，彗星著陸器“菲萊”主電池的電量即將耗盡，按照設計，“菲萊”在主電池電量耗盡後將依靠太陽能電池供電，但根據“菲萊”傳回的照片，科學家推測，“菲萊”位於一處峭壁的陰影中，每天（一個彗星日為12．4小時）只能獲得一個半小時的太陽光照，在日照不足的情況下如果不進行調整，著陸器的太陽能電池將無法為其繼續工作提供足夠電能。

著陸器項目主管斯特凡·烏拉邁克表示，一旦重新與“菲萊”建立聯繫，地面控制人員將嘗試讓“菲萊”調整角度或跳出陰影，以獲取更多的太陽光照。

烏拉邁克還確認，“菲萊”已經啟動了一個鑽探設備，以獲取彗星內部的物質樣本，但樣本提取情況目前尚不清楚。原因是“菲萊”必須藉助正在圍繞彗星運轉的母船“羅塞塔”才能與地面建立聯繫，但由於“羅塞塔”已經進入彗星地平面以下位置，“菲萊”獲取的數據無法傳送至地球。預計下一次建立聯繫的時間是歐洲中部時間14日晚10時（台北時間15日清晨5時）。但“菲萊”的主電池電量可能會在重新建立聯繫之前就耗盡。

同日，歐航局還確認，“菲萊”著陸後完成了一些實驗，已傳回彗星表面和淺層物質的分析數據。

研究成果

歐洲空間局羅塞塔飛船在對格拉西門克彗星進行探測時發現了分子氮，科學家認為分子氮的發現暗示太陽系在形成早期就已經擁有一些生命分子。由於格拉西門克彗星來自太陽系的邊緣地區，極低的溫度使得分子氮可保存在冰封的環境中，同時科學家此前也在太陽系外側軌道的衛星和行星上發現過類似的分子氮，由此可以推測格拉西門克彗星背後還擁有一個更大的彗星家族，氮分子是該家族的基本特徵之一。

對於太陽系外側軌道天體上出現的分子氮，科學家認為其來源可能為太陽系邊緣的彗星，當這些彗星往太陽系內側軌道方向移動時，就會把太陽系邊緣的物質帶入其中。根據歐洲空間局的科學家介紹：我們在大氣稠密的土衛六、冥王星以及海王星的衛星上都發現了類似的物質。早期的探測中，科學家主要在氨或者氰化氫的化合物中檢測到氮，而本次發現的分子氮則是第一次。

羅塞塔探測器發現格拉西門克彗星可能存在氮分子的時間為去年10月，探測器上攜帶的ROSINA儀在距離彗星表面10公里的地方發現了該物質。出乎科學家意料的是，分子氮與一氧化碳在彗星上比例明顯要小於基於早期太陽系模型的預測。歐洲空間局的解釋是分子氮在零下220攝氏度至零下250攝氏度之間時，會被“籠狀”水冰包合物困在其中。在實驗室的研究中，分子氮在零下253攝氏度時可能被困於冰物質中。

隨著彗星逐漸接近太陽，彗星表面的冰物質開始融化，困在內部的分子氮開始被釋放出來，於是羅塞塔探測器檢測到分子氮的信號。