行星探測

將對太陽系內的行星及星際空間的探測稱為行星探測

行星探測是人類長期藉助於天文望遠鏡觀測行星圓面的細節，發現了土星環、木星衛星和天王星；運用萬有引力定律陸續發現了海王星和冥王星；藉助於近代照相術、分光術和光度測量技術對行星表面的物理特性和化學組成有了一定的認識。從20世紀50年代末起，美、蘇兩國即開始陸續發射行星探測器。

基本介紹

• 中文名：行星探測
• 外文名：planetary exploration
• 儀器：天文望遠鏡
• 釋義：觀測行星圓面的細節
• 發現：土星環、木星衛星和天王星

歷史

1760年有人猜測太陽系內的行星離太陽的距離構成一個簡單的數位系列。按這個系列在火星和木星之間有一個空隙，這兩顆行星之間也應該有一顆行星。18世紀末有許多人開始尋找這顆未被發現的行星。著名的提丟斯-波得定則就是其中一例當時歐洲的天文學家們組織了世界上第一次國際性的科研專案，在哥達天文台的領導下全天被分為24個區歐洲的天文學家們有系統地在這24個區內搜尋這顆被稱為“幽靈”的行星但這個專案沒有任何成果

1801年1月1日晚上，朱塞普·皮亞齊在西西里島上巴勒莫的天文台內在金牛座里發現了一顆在星圖上找不到的星皮亞齊本人並沒有參加尋找“幽靈”的項目，但他聽說了這個項目，他懷疑他找到了“幽靈”，因此他在此後數日內繼續觀察這顆星。他將他的發現報告給哥達天文台，但一開始他稱他找到了一顆彗星。此後皮亞齊生病了，無法繼續他的觀察。而他的發現報告用了很長時間才到達哥達，此時那顆星已經向太陽方向運動，無法再被找到了。

高斯此時發明了一種計算行星和彗星軌道的方法，用這種方法只需要幾個位置點就可以計算出一顆天體的軌道高斯讀了皮亞齊的發現後就將這顆天體的位置計算出來送往哥達。奧伯斯於1801年12月31日晚重新發現了這顆星後來它獲得了穀神星這個名字。1802年奧伯斯又發現了另一顆天體，他將它命名為智神星。1803年婚神星1807年灶神星被發現。一直到1845年第五顆小行星義神星才被發現，但此後許多小行星被很快地發現了。到1890年為止已有約300顆已知的小行星了，

1890年攝影術進入天文學，為天文學的發展給予了巨大的推動。此前要發現一顆小行星天文學家必須長時間記錄每顆可疑的星的位置，比較它們與周圍星位置之間的變化。但在攝影底片上一顆相對於恆星運動的小行星在底片上拉出一條線，很容易就可以被確定。而且隨著底片的感光度的增強它們很快就比人眼要靈敏，即使比較暗的小行星也可以被發現。攝影術的引入使得被發現的小行星的數量增長巨大。1990年CCD攝影的技術被引入加上電腦分析電子攝影的技術的完善使得更多的小行星在很短的時間裡被發現。今天已知的小行星的數量約達70萬

一顆小行星的軌道被確定後，天文學家可以根據對它的亮度和反照率的分析來估計它的大小。為了分析一顆小行星的反照率一般天文學家既使用可見光也使用紅外線的測量。但這個方法還是比較不可靠的，因為每顆小行星的表面結構和成分都可能不同，因此對反照率的分析的錯誤往往比較大，

比較精確的資料可以使用雷達觀測來取得。天文學家使用射電望遠鏡作為高功率的發生器向小行星投射強無線電波通過測量反射波到達的速度可以計算出小行星的距離。對其他資料（衍射資料）的分析可以推導出小行星的形狀和大小。此外，觀測小行星掩星也可以比較精確地推算小行星的大小，

現在也已經有一系列無人太空船在一些小行星的附近對它們進行過研究，1991年伽利略號在它飛往木星的路程上飛過小行星951，1993年飛過艾女星（小行星243）。會合-舒梅克號於1997年飛過小行星253並於2001年在愛神星（小行星433）登入。1999年深太空1號在26千米遠處飛掠小行星9969。2002年星塵號在3300千米遠處飛掠小行星5535，

人類的求知慾望是永無止境的，當我們對地球的認識越來越深入的時候，自然而然地將目光投向了更加廣闊的宇宙。因為浩瀚無垠的宇宙有1000多億個星系，銀河系只是其中之一每個星系中又有幾十億個恆星，以各個恆星為中心又組成幾十億個恆星系統，太陽系也只是是其中之一，可見人類賴以生存、繁衍的地球相對宇宙而言是何等渺小。然而以人類目前的能力，我們所能探測的也就是這個小小的太陽系，因為現代火箭以每秒20公里的速度到達距地球最近的恆星“比鄰星”約需6.5萬年，到天狼星約需13萬年只有接近光速的飛行速度才有可能實現有意義的太陽系以外的探測

主要方式

多年以來，人類隔著大氣遠距離觀測行星，不能對行星進行深入研究。行星和行星際探測器（見空間探測器）為行星研究打開了新的局面。行星探測從20世紀50年代末就開始，80年代後期90年代初各國又陸續發射了各種行星探測器。探測的方式有：

在行星近旁飛過拍攝照片

測定其輻射和磁場，如水手4號拍攝了火星第一批照片。

在行星表面硬著陸

直接探測行星大氣溫度、氣壓等數據，如金星4號探測器。

繞行星飛行

成為行星的人造衛星，從而對行星進行較長時間的探測，水手9號火星探測器，火星2、3、5號探測器，先驅者-金星1號探測器。

在行星上軟著陸

對行星表面進行細緻分析與探測，如海盜1、2號火星探測器 、金星7～16號探測器。通過這些觀測，加深了對行星的地質、地貌、磁場、輻射帶、大氣成分等認識，證實火星和金星上並無地球上生命形式的存在。

美俄主要行星探測器活動

月球

1959年1月2日，蘇聯發射了人類第一個空間探測器--“月球1”號。

它主要測量了月球和地球磁場、宇宙射線的強度與變化；研究了太陽微粒輻射、星際氣體成分和流星粒子；製造了人工鈉雲（人造彗星）並拍了照片。同年9月26日它進入日心軌道，成了第一顆人造行星。1959年9月13日，蘇聯發射的“月球2”號成功實現了在月面的硬著陸，成為了第一個登上月球的人造物體。

美國直到1961年才開始發射月球探測器--徘徊者號，1962年8月27日，美國科學家成功地發射了第一台金星探測器——水手2號，這也是最早的行星探測器，這台探測器在距金星34838千米處飛行，直到1964年，“徘徊者7”號才成功在月球上硬著陸，並發回照片。

金星

人類對其它行星的探索，始於地球的近鄰—金星。美國於1960年3月11日率先向金星發射了行星探測器“先驅者5”號，然而卻因為電池故障造成無線電通信中斷，以失敗告終。結果首次抵達金星的是蘇聯的“金星3”號，它於1966年3月1日在金星硬著陸成功，成為世界航天史上第一個到達行星的探測器。

火星

長久以來，人們對火星可能存在生命一直寄予厚望，希望能夠在近處考察它。1962年11月1日蘇聯捷足先登，發射了世界上第一個火星探測器—“火星1”號，邁出了探測火星的第一步。然而，在飛向火星的途中，因通訊故障在距地球一億多公里處與地球失去了聯繫。這次美國人占了風頭，1964年11月28日，美國從卡拉維拉爾角將“水手4”號探測器送入了奔向火星的軌道。1965年7月15日，從離火星表面10000公里處飛過，行程5億多公里，成了第一個繞過火星的人造行星。水手4號攜帶電視攝像機，首次從火星附近向地球發回火星的詳察圖像。1971年5月28日，蘇聯從拜科努爾把“火星3”號送上天空，同年12月2日進入火星軌道，軌道艙在火星表面軟著陸成功，成為航天世上第一個抵達火星的人類“使者”。

水星

水星是太陽系中最靠近太陽的行星，人類迄今為止只向它發射了一顆探測器“水手10”號。水手10號是雙星探測器，1974年2月5日在距金星5300公里處飛過，藉助金星引力場飛向水星。它的繞日軌道周期是水星繞日軌道周期的2倍，每隔6個月與水星靠近2次，直至控制姿態的氣體耗盡。它裝有兩架高性能相機，裝有粒子探測器、紅外輻射計、紫外光度計等，探測到水星有一球形磁場，強度為地球磁場的1%；探測到在水星的極稀薄大氣中含有微量的氦、氬、氖氣體；測量出水星表面溫度為-210－510攝氏度，水星的直徑為1600公里；還發現水星的環形山和類似地球核心的鐵核。

外行星

太陽系的外行星——木星、土星、天王星、海王星、冥王星，距地球十分遙遠，對人類來說既奇妙又陌生。然而那驚人的土星光環、難解的木星紅斑……卻深深地吸引著人們去探索。從七十年代初起，美國先後派出了“先驅者”號和“旅行者”號兩組“探險隊”，獨攬了對太陽系外層空間的探測。“先驅者10”號於1973年12 月飛近木星，行程10億公里，發回了300幅木星和木衛的照片，並利用木星引力場加速飛向土星，又藉助土星引力場加速，於1986年10月越過冥王星的平均軌道，成為了第一個飛出太陽系的太空飛行器。

小行星

小行星是太陽系內類似行星環繞太陽運動,但體積和質量比行星小得多的天體。長期以來,針對小行星的無人探測大多是對小行星表面物理、地質特徵(如形狀、大小、質量分布等)進行觀測或取樣研究,由於航天員具有主觀能動性,可以進行現場考察、科學儀器的布置、樣本採集和樣本收集等

新時期的探索

八十年代末，美國發射了科學儀器更加先進的“麥哲倫”號金星探測器和“伽利略”號木星探測器；九十年代，又發射了月球探測者、火星探路者、火星全球勘測者、星塵彗星探測器等等。

可以預見，隨著航天科技的突飛猛進，隨著世界各國對探索宇宙奧秘、開發利用宇宙資源的重視，人類的行星際探測活動將越來越活躍，探測的目的、內容將更趨深入和明確，手段將更為完整和先進，宇宙探測將步入新的發展階段。

火星探測的意義

了解起源探索生命

月球與行星探測，首先能幫助我們了解太陽系的起源和演化。科學家希望通過探測研究太陽系的物質來源，了解太陽星雲的分餾、凝聚與形成過程；研究行星與衛星的大氣、電離層與磁場的特徵、起源與演化；對行星與衛星的地形地貌、地質構造、內部結構的特徵與演化歷史進行比較研究；掌握行星與衛星的資源、能源以及特殊環境的利用前景；進行太陽系演化的時間序列（元素年齡、形成間隔年齡、天體的凝聚年齡、凝固年齡、變質年齡、氣體保留年齡、徑跡保留年齡、宇宙暴露年齡和落地年齡等）的研究與測定，反演太陽系的起源與演化歷程。

對地外生命與生命起源的探索。探索地外生命的前提是對水的發現。他還特別指出，在人類目前對火星的相關探測中，能否發現沉積岩將是問題的關鍵所在。

開發能源

各國熱衷於月球與行星探測，也是出於人類社會發展對於能源資源與環境利用的需求。以月球的太陽能為例，指出每年到達月球範圍內的太陽光輻射能量大約為12萬億千瓦。在月球上，太陽能的能量密度為1.353千瓦/平方米。如果人類在月球表面建立三座全球性的並聯式太陽能發電廠，就可以獲得極其豐富而穩定的太陽能。該系統可由三個基本部分組成，即月球上的太陽能發電裝置、空間微波或雷射轉換和發射裝置、地球上的地面接收和能量轉換裝置。

人類對開發利用月球的特殊環境也寄予厚望。由於月球超高真空、無磁場、地質構造穩定、弱重力、高潔淨，人類可以在月球建立精度高、造價低、運行與維護費用低的天文觀測站與研究基地；也可以建立具有環境監測和軍事戰略意義的地球觀測站、研製特殊生物製品和新材料的實驗室以及作為深空探測的前哨陣地和轉運站。

此外，月壤中富含由太陽風粒子積累而形成的氣體，如氫、氦、氖、氬、氮等，尤其是核聚變燃料氦3在月球上蘊藏豐富。探明月球上氦3的儲量和分布，對我國未來能源戰略有著重要意義。

防禦小行星撞擊

新生代以來，地球上發生過6次重大撞擊事件，每次都對地球生命造成重大影響，會誘發氣候環境災變和生物滅絕；因此，研究小行星和彗星特別是近地小行星，尋找防止其撞擊地球的技術和方法，成為大家關注的焦點。此外，小行星和彗星是太陽系形成時殘留下來的初始物質，它們保存了太陽系形成時大量的珍貴信息，是研究太陽系形成和演化的“考古樣品”。小行星和彗星還可能是地球上生命起源的搖籃，而且小行星類型較多、成分差異很大，有可能存在人類可利用的資源。

災害天氣研究

月球與行星探測還可以促進太陽活動與空間天氣環境研究。空間災害天氣可影響天基和地基的技術系統正常運行和可靠性，甚至危及人類的活動、健康和生命，已經越來越引起各國的重視。