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探测器列传:65.内核里的铁雪

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在水星表面几百公里以下的内核深处也上演着一场肉眼看不见的雪景。因为水星拥有一个占行星半径80%的巨型铁核,这个铁内核不完全是固体,其中有2000公里是固体内核。其他部分都是在以液体的方式进行对流。这个对流的方式也是极其特别的。这个过程很像是地球上的降雪。 当然了,水星的这个铁核,它不完全是纯铁,里面含有大量的硫化铁或者是硅化铁体系。硫元素在这场铁晶体降雪的过程中,它扮演着防冻剂的角色,纯铁的熔点是1538℃,但是当合金中掺杂了15%~20%的硫以后,它们凝固的温度就降到了988度。所以正因为硫元素的存在,可以让这一锅铁水在温度更低的情况下,依然保持着液态。 一般来讲,越靠外温度越低,所以这层液态铁核的顶层温度降到1500度以下,这时候铁原子就开始聚集了。形成了直径大概几微米的立方晶体,你就想象吧,那个巨大的液态的铁的海洋里边出现了一个一个小结晶。就像漂浮在空气中的尘埃一样,这些尘埃也会下落。虽然下降的速度很慢,每年只有几毫米,但是持续上亿年,它们就会降到底下更热更深的地区,当内核温度更高,小晶体一边下降,一边升温,当温度回升到2000度以上的时候,这些小晶体就会重新融化,变成液体……

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现在回到最根本的问题:火星本身已经够有意思了,为什么还要费劲去探测它身边的小卫星?主要是因为从火星上直接采样返回,难度实在太大了。像咱们天问3号那样,从火星表面打个洞,然后把样品带回来,日本人实在是做不到,他们没有长征5号这样的大火箭。他们只能退而求其次,从火星的卫星上取样返回,难度要小太多太多。 另外呢,这两颗卫星太奇怪了,奇怪到科学家为它们的来历吵了几十年。我们想要搞清楚火星的历史,那就先从卫星开刀。这也是一个相对低成本的选择。 火卫一和火卫二都很小,形状极不规则,像两颗被啃过的土豆。火卫一大约是27公里长、22公里宽、18公里高,火卫二更小,大约15公里长、12公里宽、11公里高。它们表面很暗,反照率只有7%左右,比煤炭还黑。更让人疑惑的是密度:火卫一密度约1.9克每立方厘米,火卫二更低,只有1.5克每立方厘米。普通岩石的密度一般在3左右,说明它们要么内部非常疏松,像一堆碎石被引力勉强聚在一起;要么含有大量水冰或碳质物质。

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嫦娥7号这台探测器不仅仅是一个探测器,而是一个标准的4件套。首先是轨道器,这个东西就是在月球轨道上转悠。它的主要活儿是两件事:第一,对月球南极地区做高精度遥感探测,拍地形、拍光照分布,给下面的着陆器"画地图",告诉它"你往那个方向飞,落地坐标是这儿";第二,它是通信中继。你想啊,月球南极那个位置,从地球直接看,视线条件极差——每个月能直接通信的时间很有限,俯仰角低,还老被地形挡住。所以月面上的着陆器、巡视器、飞跃器,跟地球说话,都得通过轨道器转发。相当于你在月球南极架了个"基站"。当然,鹊桥2号中继通信卫星也可以提供通信支持。 所以啊,轨道器上装的是最基本的仪器仪表,说白了就是画地图用的立体相机和雷达,以及探测物质分布的一大堆谱仪,比如看红外线的,看中子谱的。还有一些探测空间环境的仪器。 接下来就是着陆器了,这个着陆器也是一大包的东西,它要实现在月球的南极高精度定点软着陆,注意是"定点",不是"落地就算",是精确落到预定的那个点上。着陆之后它本身也是一个固定观测平台,在原地做长期的原位勘查,相当于一个"不动的观察哨"。 所以,着陆器上的仪器主要是立体相机、月震仪、环境探测器系统、月球望远镜和尘埃电场探测器。月震仪是咱们中国第一次研制,尘埃电场探测器是俄罗斯制造的,算是国际合作。当然,还少不了意大利人做的角反器。意大利人特别擅长研发角反器,很多角反器都是他们做的……

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