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彗星探测与生命起源之谜
郑永春
2015年07月20日今年8月，罗塞塔探测器抵达67p/楚留莫夫－格拉希门克彗星（简称楚－格彗星）；11月13日，其携带的菲莱登陆器成功着陆，成为人类历史上首次登陆彗星表面的航天器。这次彗星探测任务成功吸引了全世界数十亿公众的眼球和长时间关注，集中展示了欧洲的航天能力和未来雄心。
楚－格彗星的直径只有4公里左右，引力只有地球的万分之一，飞行速度达每小时13.5万公里，菲莱要在距离地球5亿公里的太阳系一角跟上并登陆彗星表面，技术难道几乎不可思议。罗塞塔彗星探测任务于1993年开始研制，2004年3月发射，2014年11月登陆，历时21年；探测器在太空中飞行10年零8个月，其中3次飞越地球，1次飞越火星，太空飞行距离超过60亿公里；整个任务设计探测寿命为4个月，耗资13亿欧元，几乎耗费了数千名精英科学家和工程师一代人的心血。付出如此巨大代价去探测彗星，究竟意义何在？
图1 罗塞塔号轨道器释放菲莱着陆器登陆慧核表面
图2 罗塞塔号飞行轨道
首先，彗星探测对研究太阳系的物质组成和起源至关重要。彗星是太阳星云凝聚形成太阳和行星之后的残留物，彗星上没有地震火山等地质活动，且远离太阳照射，长期被保存在又冷又暗的“冷库”中，几乎完美地保存了太阳系最初形成时的信息。彗星来自寒冷、黑暗的太阳系外层边缘，其中长周期彗星多来自距离太阳约1光年的奥尔特云，短周期彗星可能来自距离太阳30个天文单位的柯伊伯带。奥尔特云被称为彗星的老家，那里聚集着数万亿颗彗星。
图3 楚－格彗星及其表面照片
其次，彗星探测有望回答地球上的水是否来自彗星、为什么地球上的氨基酸都是左旋形式、彗星是否为地球开启了生命之门等关键问题，从而揭开地球生命起源之谜。自人类开启智慧以来，始终被一个基本问题困扰着：我们来自哪里？即生命是如何起源的。根据现有认识和大量证据，生命的产生需要水和有机物。目前，天文界倾向于认为地球上的水体是彗星撞击地球带来的，而地球科学界则倾向于地球上的水是原始地球岩浆分异产生的。彗星是由水冰和岩石组成的“脏雪球”。在地球早期历史中，大量彗星撞击地球表面，不仅带来了丰富的水源，形成了原始海洋，而且与彗星携带的各类烷烃、氨基酸、脂肪酸、多环芳烃和卟啉等有机化合物，一起在海洋中熬成一锅有机“浓汤”。“浓汤”在适宜的地球温度、大气层等环境条件下诞生了最初级的生命。
图4 地球生命起源之谜：生命起源于地球还是起源于地外
最后，从地球生物演化历史看，彗星等小天体撞击多次导致地球气候环境灾变和生物灭绝事件，如6500万年前的恐龙大灭绝、100多年前的通古斯大爆炸等。1994年舒梅克-列维9号彗星连串撞击木星，带去巨量的含s、n物质和金属元素，释放的能量大约相当于20亿颗原子弹的爆炸；而去年2月15日撞击俄罗斯车里雅宾斯克并导致人员受伤和大量建筑物受损的小天体直径还不到20米。可以预料彗星撞击地球的灾难性事件未来必然会再次发生。因此有必要通过彗星探测，了解慧核的结构和物质组成，精确掌握轨道运动规律。如果今后观测到可能撞击地球的彗星，我们就可以运用航天器引导改变彗星运行轨道，防止其撞击地球和危害人类安全。
对于探索彗星这样的事情，我们也听到了反对的声音，一些人认为我们还有很多人连温饱都还没有解决，还有很多人没钱上学、没钱看病，为什么要去做这些没有经济回报、无助改善民生的事情呢？但是，作为一个负责任的大国，中国人应该对全人类的知识增长和安全福祉有所贡献。随着探月工程的成功实施，我国未来将开展火星、木星等行星探测任务，直接威胁人类生存繁衍的彗星和小行星也将成为中国未来深空探测的重要目标，目的是回答太阳系的起源、生命起源等基本科学问题，并保护地球和人类的安全。这些遥远天体探测任务的数据传输难度、测控技术难度、航天器研制难度、任务实施的时间跨度都将不断触及我国航天技术能力的极限。太空探索的冒险精神将不断鼓舞和激励我们，通过实施科学牵引的太阳系探测，突破和掌握长寿命航天器设计、核同位素电源、长期行星际飞行、行星借力飞行、穿越小行星带、远距离测控等关键技术，推动航天能力迈上一个新高度。
图5 菲莱着陆器登陆慧核表面
说明：本文图片全部来自网络，仅供示意。
本文原载于2015年第1期《天文爱好者》杂志。