我国的祝融号火星车失联了!这则消息很不可思议,但确确实实是真的,而且已经持续了一段时间,同时失联的还有天问一号的环绕器,这是为什么?难道出故障了?要知道祝融号的设计寿命是3个月,现在已经工作了4个多月,算是超期服役了,但天问一号环绕器的设计寿命可远不止几个月,是要工作好多年的。
祝融号成功着陆后的自拍照
相比之下,美国曾经发射的机遇号火星车工作了15年,后来的好奇号在着陆9年后仍在火星表面行驶,有些朋友就着急了:难道我国火星车的寿命比美国产品差这么多吗?话还真不能这么说,因为美国最新着陆火星的毅力号,现在也失联了!
不光是毅力号,人类现在所有能工作的火星探测器,不管是环绕火星轨道的,还是在火星表面着陆的,不管是中国的还是美国、欧洲的,统统都无法联系了,这到底发生了什么事,难道火星那边出现了灾变,或是被小行星撞击了?
正在采样的毅力号火星车
恰恰相反,火星什么事也没有,正在好好地绕太阳运行,并没有爆炸,也没有什么异常,而造成所有火星探测器失联的罪魁祸首,正是那个光芒万丈的太阳!从9月下旬开始,火星逐渐进入“日凌期”,它与太阳、地球渐渐运行到大致一条直线上,太阳恰好位于火星和地球之间,成了“第三者”。
不知大家有没有注意到,最近在夜空中是很难看到火星的,因为在地球看来,火星正在和太阳紧紧地靠在一起,而且越来越近,被太阳的光芒所遮盖,白天用肉眼当然就看不到它了。日凌现象并不稀奇,根据火星和地球绕太阳公转的参数,大概每26个月就会发生一次,但这样为什么会造成火星探测器的失联呢?
火星日凌现象
众所周知,天问一号环绕器和祝融号都是通过无线电波与地球联系的,环绕器是一颗火星的卫星,与地球通讯条件比较好,而祝融号火星车要想与地球取得联系,可采用两种方式。一种是直接联络,利用可以转动的X波段天线对准地球,就能实现通信,但由于距离太过遥远,传输速率很低,只有2字节每秒。
另一种方式是先用UHF或X波段天线跟轨道上的环绕器通信,由环绕器充当中继站,再和地球建立联系,这种方式的传输速度比较快,那些火星表面的高清大图就是这样发过来的。但不论由哪种方式,有一个前提条件,那就是地球与火星之间不能有比较大的东西遮挡,如果用于信号传输的电磁波被完全挡住,那就啥办法也没有了。
祝融号上的X波段通信天线
然而当日凌发生时,太阳横在了火星和地球之间,不仅有可能挡住无线电波,太阳本身还就是个强大无比的无线电干扰源,它发出的杂乱无章的无线电波会严重扰乱地火通信,就像汽车明晃晃的远光灯一样让人看不清楚。或者干脆把火星挡住,让你一点儿脾气也没有。
那么火星发生日凌时,太阳真的把火星完全挡住了吗?其实并没有。火星和地球的公转平面虽然比较接近,但并不完全重合,要让火星完全躲到太阳背后还是比较难的。但即使太阳没有完全遮住火星,却依然造成了地火通信的中断,这是为什么呢?
原来,太阳本身那个发光的圆球直径虽然只有139.2万公里,在天空中所占的区域并不大,但它的外面却还有一层巨大的日冕层,分为内冕、中冕和外冕,厚度可达几百万公里。因此日冕比太阳本身大得多,达到了好几个太阳直径。
日全食期间拍摄的日冕部分区域的照片
日冕顾名思义就是太阳的帽子,属于太阳大气层的外层。这个巨大的帽子由很稀薄的完全电离的等离子体构成,温度很高,而且温度分布很奇特。太阳那个明亮的光球层温度只有5500℃左右,到了更外面的色球层能达到几万度,到了日冕层能达到上百万度。而日冕的温度是从内向往逐渐升高,在比较靠外的位置,能达到几百万度。
关于日冕层的温度为什么这么高的温度,其实现在人类还不是特别清楚,提出了好多理论,如声波加热、激波加热等,但都还处于探索阶段,没有定论。但这个巨大而又高温的日冕,却对无线电信号的传输产生了巨大的影响,这又是为啥呢?
原来日冕中都是高温的等离子体,说白了就是一大团炽热的带电粒子,本身就会发出非常大的电磁辐射,不仅能直接干扰通信,从火星那边传过来的微弱的电磁波也很难穿透这一团带电的“浆糊”,而日冕的范围又特别大,在天空中足以挡住旁边近在咫尺的火星,因此所有火星探测器与地球的通信就一股脑歇菜了。
太阳会对无线电通信造成极大干扰
估计会有网友说:解决这个问题还不简单,在远离地球的地方,比如月球上设置个中继站不就行了?这个事情说起来容易做起来难。这个中断站不能离地球太近,否则同样无法与火星联络,要离得非常非常远才行。
由于发生日凌时火星离地球有3~4亿公里之遥,太阳那一大坨日冕又超级大,简单估计一下就知道:这个中继站需要离地球上千万公里甚至更远,才能确保通信效果,发射这样一个航天器的难度可太大了,成本也难以想象。
其实不只是火星,即便地球附近的卫星也会受到日凌现象的影响。当地球、卫星和太阳恰好在一条直线附近时,地球与卫星的通信也会受到太阳无线电信号的干扰。很多人应该使用过室外天线来接受卫星电视信号,有时候电视机会莫名其妙地出现雪花,但过几分钟就消失了,这经常就是卫星发生了日凌而导致的。
卫星电视信号受到日凌干扰
因此,火星日凌并非异常现象,天问一号、祝融号等火星探测器在设计之初就考虑了这种情形,美国那些火星车也同样如此。在日凌的信号中断时间内,天问和祝融将停止科学探测,完成相关的状态设置,并持续进行状态监视,静静地等待通信恢复。
好在日凌期并不是太长,由于今年并非太阳活动的活跃年份,火星日凌的主要影响期大概会从10月2日持续到10月16日(NASA数据),大概半个月的时间。等这一阵子风头一过,地火通信就会逐渐恢复,天问一号和祝融号的科学数据和高清大图就又可以陆续回传了!当然,我们还是要祝福它们能够平稳度过这一段失联期,相信以中国航天的实力,这完全可以做到。
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