哈雷彗星無疑是最著名的一顆彗星。它已與人類結(jié)緣千年，深深刻入我們的文明史之中。在古代，它的出現(xiàn)，常被視為戰(zhàn)爭、災(zāi)難、政權(quán)更替的征兆；而在近代，它的每次回歸，都成為推動現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的契機(jī)。

本期星際征途，在哈雷彗星從遠(yuǎn)日點開始它的下次回歸之行時，讓我們一同回顧它的上一次內(nèi)太陽系之旅，及其為行星科學(xué)和深空探測帶來的輝煌。作者趙玉暉，紫金山天文臺研究員，長年關(guān)注彗星物理性質(zhì)和物質(zhì)拋射機(jī)制，曾參與羅塞塔任務(wù)和新視野號任務(wù)探測目標(biāo)的研究。

專欄主持人:李薦揚(yáng)

喬托號探測哈雷彗星的藝術(shù)效果圖

人類對哈雷彗星（1P/Halley）的觀測已有兩千余年歷史。這位璀璨夜空中的“老朋友”，每隔約76年，便拖曳著明亮的長尾，穿越浩瀚宇宙，如約造訪內(nèi)太陽系。在古代，它的出現(xiàn)令人心生畏懼，常常被視為災(zāi)變的象征；到了近代，它化身科學(xué)啟蒙的燈塔，照亮驗證牛頓運(yùn)動定律的道路；如今，它成為記錄太陽系起源演化過程的“時間膠囊”，帶領(lǐng)我們探索太陽系的歷史，激發(fā)人類對宇宙和生命起源的無限好奇。

20世紀(jì)80年代，在哈雷彗星最近一次回歸期間，來自多個國家的航天機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)起了一場規(guī)?？涨暗膰H聯(lián)合探測任務(wù)。包括蘇聯(lián)的維加1號（Vega-1）和維加2號（Vega-2）、歐洲空間局（ESA）的喬托號（Giotto）、日本的先驅(qū)號（Sakigake）和彗星號（Suisei），以及美國的國際彗星探測器（International Comet Explorer，ICE），共同組成了一支聯(lián)合探測艦隊，先后抵近并飛越如期而至的哈雷彗星。聯(lián)合探測任務(wù)獲取了豐富的科學(xué)數(shù)據(jù)，科學(xué)家們從中“解碼”出哈雷彗星的大小、形狀、成分以及活動特性，從而對彗星這一類太陽系天體有了更加深刻的理解。其中，維加1號實現(xiàn)了人類歷史上首次與彗星的近距離相會，喬托號拍攝到了人類歷史上首張彗星彗核的清晰彩色圖像，證實了長期以來有關(guān)彗核構(gòu)成的科學(xué)猜想。

哈雷彗星國際聯(lián)合探測，不僅是太陽系天體探測歷史上的重要里程碑，也是國際合作開展行星探測的杰出典范，自此拉開了一系列彗星探測任務(wù)的序幕，不斷激發(fā)我們的好奇心與求知欲，拓展人類對這類太陽系原始小天體的認(rèn)知邊界。

從《史記》到艾薩克·牛頓

哈雷彗星名字的由來

對于哈雷彗星的觀測歷史至少可追溯至公元前240年，《史記》中記載了“彗星先出東方”的現(xiàn)象，這被認(rèn)為是目前已知對哈雷彗星最早的記錄。古巴比倫的泥板文獻(xiàn)記錄了公元前164年的哈雷彗星的出現(xiàn)場景。中世紀(jì)時期，哈雷彗星的多次回歸被詳細(xì)記錄。公元837年，彗星逼近至距離地球僅0.03天文單位（AU），其彗尾橫跨天際，被歐洲編年史家描繪為末日預(yù)兆。1066年，哈雷彗星恰好出現(xiàn)在諾曼征服英格蘭前夕，其身影被刺繡在貝葉掛毯上，成為這場權(quán)力更迭的象征性標(biāo)志。意大利畫家喬托在1301年創(chuàng)作的《三博士來朝》中，將哈雷彗星融入背景，暗示其與神圣事件的關(guān)聯(lián)。

貝葉掛毯局部，描繪黑斯廷斯戰(zhàn)役場景，空中可見哈雷彗星。

喬托創(chuàng)作的《三博士來朝》壁畫局部，圣誕星被認(rèn)為是哈雷彗星。

在古代，彗星在民間常被視為天譴的象征，預(yù)示著戰(zhàn)爭和災(zāi)難的發(fā)生，而科學(xué)界則從古希臘時期起就被亞里士多德提出的“彗星是大氣中物質(zhì)燃燒的現(xiàn)象”的主流“科學(xué)”觀點統(tǒng)治了近兩千年。在1577年之前，人們對彗星的認(rèn)識更多停留在觀測層面。1577年大彗星出現(xiàn)時，天文學(xué)家第谷·布拉赫將自己在哥本哈根附近文島（lslandof Hven）天文臺進(jìn)行的高精度定位與在布拉格獲取的觀測數(shù)據(jù)相結(jié)合，利用這一長基線，他計算出這顆彗星的視差小于15角分，進(jìn)而推算出其距離地球至少為240個地球半徑，比月球距離地球遠(yuǎn)4倍以上。

雖然第谷·布拉赫確定了彗星是在行星際空間中移動，但系統(tǒng)描述彗星運(yùn)動的理論直到1687年才由艾薩克·牛頓提出，并在其著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中發(fā)表。在這本著作的第三卷中，牛頓基于萬有引力定律概述了軌道確定的半解析理論。他收集并利用在英國、法國、德國和北美不同地點采集的1680年大彗星的觀測數(shù)據(jù)，證明彗星是一類特殊的太陽系天體，它們在繞太陽的圓錐曲線上運(yùn)動。牛頓提出了利用三組觀測數(shù)據(jù)確定彗星軌道的方法，并在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中展示了基于此方法計算的1680年大彗星的軌道（見下圖），圖中還清晰呈現(xiàn)了彗尾的形態(tài)。

《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中展示的1680年大彗星的軌道及相關(guān)記錄

埃德蒙·哈雷運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律，分析了1531年、1607年和1682年的彗星觀測記錄，推斷它們?yōu)橥活w彗星，并預(yù)測它將于1758年回歸。這是首個基于牛頓運(yùn)動定律的預(yù)測，并在1758年圣誕節(jié)由德國天文學(xué)家約翰·帕利奇證實，標(biāo)志著人類首次成功預(yù)測彗星回歸。哈雷雖于1742年去世，未能親眼見證這一重要時刻，但他在1705年發(fā)表的《彗星天文學(xué)概要》奠定了彗星周期性回歸的軌道研究的基礎(chǔ)。1759年，法國天文學(xué)家尼古拉·路易·德·拉卡伊將這顆彗星正式命名為“哈雷彗星”，以表彰哈雷的杰出貢獻(xiàn)。

埃德蒙·哈雷肖像 作者：Thomas Murray

國際哈雷觀測網(wǎng)

史詩級的國際天文觀測合作

隨著天文觀測和天體測量技術(shù)的不斷發(fā)展，天文學(xué)家對于彗星的研究，也逐漸從天文定位和軌道改進(jìn)向探索彗星的物理和化學(xué)屬性拓展。1910年哈雷彗星回歸期間，美國天文和天體物理學(xué)會（現(xiàn)美國天文學(xué)會）成立了彗星特別委員會，組織全球天文臺通過光學(xué)和光譜觀測記錄其彗發(fā)與彗尾的亮度及形態(tài)變化，旨在建立哈雷彗星連續(xù)觀測數(shù)據(jù)檔案。然而，由于參與單位缺乏足夠合作意愿以及缺少足夠經(jīng)費(fèi)支持，數(shù)據(jù)共享和后續(xù)科學(xué)研究遇到了較大的阻礙，聯(lián)合觀測的實施效果遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期，采集的圖像資料直到76年后的1986年才完整出版，但這次組織為后來國際哈雷觀測網(wǎng)（IHW）的建立和哈雷彗星聯(lián)合探測任務(wù)的成功實施提供了寶貴經(jīng)驗教訓(xùn)。

1979年秋，在美國航天局（NASA）噴氣推進(jìn)實驗室的路易斯·弗里德曼提議下，國際天文聯(lián)合會（IAU）牽頭成立國際哈雷觀測網(wǎng)（IHW），召集全球?qū)I(yè)與業(yè)余天文學(xué)家，協(xié)調(diào)1986年哈雷彗星回歸期間的觀測。IHW這一史詩級合作以探測彗核、彗發(fā)和彗尾的結(jié)構(gòu)、物理過程及化學(xué)成分及其隨時間和日心距的變化為目標(biāo)，組織了來自51個國家的逾1000名天文學(xué)家，利用多種技術(shù)實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，并在加利福尼亞帕薩迪納和聯(lián)邦德國班貝格設(shè)立數(shù)據(jù)中心。

IHW通過標(biāo)準(zhǔn)化觀測技術(shù)和儀器、確保數(shù)據(jù)正確記錄與存檔、實時分發(fā)數(shù)據(jù)給團(tuán)隊科學(xué)家，并向公眾公布相關(guān)信息，成功促成了歷史上規(guī)模最大的國際天文觀測合作。與此同時，在IAU、國際空間研究委員會（COSPAR）等國際學(xué)術(shù)組織的推動下，各航天大國先后對開展哈雷彗星近距離探測任務(wù)立項，并通過IHW平臺和數(shù)據(jù)的支撐，在冷戰(zhàn)背景下實現(xiàn)了史無前例的國際深空探測合作，譜寫了科學(xué)無國界的華美篇章。

人類首次彗星之約：哈雷艦隊

開展哈雷彗星聯(lián)合探測的航天器來自四個航天機(jī)構(gòu)或項目，分別是ESA、蘇聯(lián)科學(xué)院的國際宇宙計劃（Intercosmos）、日本宇宙科學(xué)研究所（ISAS）和NASA?？紤]到所有任務(wù)都有涉及任務(wù)規(guī)劃、航天器設(shè)計、實驗設(shè)計以及數(shù)據(jù)評估等不同方面，為統(tǒng)籌合作提高整體科學(xué)回報，四方于1981年秋成立了機(jī)構(gòu)間咨詢小組（IACG），協(xié)調(diào)與哈雷彗星空間任務(wù)相關(guān)事宜，并與IHW密切合作。1985年前后，探測任務(wù)密集發(fā)射，其中ESA發(fā)射了喬托號，國際宇宙計劃發(fā)射了維加1號和維加2號，ISAS發(fā)射了先驅(qū)號和彗星號，NASA則使用了其已經(jīng)在軌飛行的國際彗星探測器。

1986年3月，哈雷彗星聯(lián)合探測任務(wù)進(jìn)入高潮。在前后20天內(nèi)，哈雷艦隊（Halley Armada）的多個探測器如精心編排的太空芭蕾，依次飛越彗星。艦隊克服了高速塵埃撞擊和未知環(huán)境等多重挑戰(zhàn)，采集了前所未有的科學(xué)數(shù)據(jù)，徹底革新了人類對彗星的認(rèn)知。下表列出了哈雷彗星國際聯(lián)合探測艦隊組成航天器的情況，它們在飛越距離和飛越時間上相互補(bǔ)充，飛越距離從約600千米（喬托號）到約3000萬千米（ICE），此間彗星日心距離從0.8變化到0.9天文單位。各航天器上的科學(xué)載荷聯(lián)合工作，對彗星開展了多波段全方位探測。不同類型的載荷實現(xiàn)了科學(xué)目標(biāo)、觀測手段和觀測波段的互補(bǔ)，相同類型設(shè)備則支撐了同類型觀測數(shù)據(jù)的比較分析，同時聯(lián)合探測任務(wù)延長了彗星環(huán)境中原位測量的總時間。

哈雷彗星國際聯(lián)合探測艦隊飛越情況

維加1號和維加2號

蘇聯(lián)的維加任務(wù)（Venera-Halley）是哈雷艦隊中最具雄心的任務(wù)之一。這個計劃由兩個探測器組成，即維加1號和維加2號。

維加號模型

任務(wù)計劃先對金星進(jìn)行探測，再借助金星引力加速飛向哈雷彗星。彗星探測階段任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)包括測量彗核的物理參數(shù)（尺寸、形狀、溫度、表面特性）、彗發(fā)結(jié)構(gòu)與動力學(xué)特征、氣體成分、塵埃分布與質(zhì)量，以及彗星與太陽風(fēng)的相互作用過程。兩個探測器基于蘇聯(lián)成熟的金星號（Venera）平臺設(shè)計，采用雙層防塵盾結(jié)構(gòu)以抵御高速塵埃撞擊，載荷除具體參數(shù)外基本相同，載荷研制過程中開展了廣泛的國際合作。

維加號航天器科學(xué)載荷

維加1號和維加2號分別于1984年12月15日和21日由質(zhì)子運(yùn)載火箭從拜科努爾發(fā)射場發(fā)射升空。它們的任務(wù)是作為"探路者"，提前定位彗核位置，為后續(xù)任務(wù)提供精確導(dǎo)航數(shù)據(jù)。

維加號的科學(xué)發(fā)現(xiàn)

注：弓形激波的形成是太陽風(fēng)與彗星電離層相互作用的結(jié)果。當(dāng)彗星接近太陽時，氣體逸出速率的不斷增加導(dǎo)致彗發(fā)膨脹，太陽光電離彗發(fā)中的氣體。當(dāng)太陽風(fēng)穿過這層電離彗發(fā)時，弓形激波便會出現(xiàn)。

維加1號在完成金星探測任務(wù)后，利用金星引力加速飛向哈雷彗星，于1986年3月6日率先飛越彗核，最近距離為8890千米。維加2號于3月9日在最近距離8030千米處接續(xù)飛越，實現(xiàn)編隊探測。由于飛越過程中探測器與彗星的相對速度高達(dá)約80千米/秒，彗星噴射出的塵埃顆粒頻繁撞擊探測器防塵盾，甚至導(dǎo)致天線短暫故障和信號中斷。維加任務(wù)在飛越彗星的過程中克服了一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，基本保證了載荷的正常工作。其中，成像系統(tǒng)拍攝了超過1500張圖像，塵埃探測器記錄了數(shù)千次撞擊事件，質(zhì)譜儀分析了彗發(fā)氣體的成分。

維加2號拍攝的哈雷彗星

維加號傳回的圖像顯示，哈雷彗星的彗核并不是想象中光滑的“臟雪球”，而是一個尺寸為14千米x7千米x7千米的形狀不規(guī)則天體。它的表面非常黑暗，反照率僅2%~4%，溫度卻可以高達(dá)100多攝氏度。彗星只有不到10%的表面是活躍的“冰火山”，不斷噴出氣體和塵埃，噴發(fā)的氣體包括水、一氧化碳和二氧化碳，塵埃中則含有豐富的碳、氫、氧、氮等生命關(guān)鍵元素，引發(fā)了科學(xué)家關(guān)于彗星與地球生命起源密切相關(guān)的猜想。維加2號得益于更優(yōu)的飛越路徑和更近的飛越距離，獲得了更清晰的圖像和更完備的塵埃及等離子體數(shù)據(jù)，為彗核自轉(zhuǎn)、彗發(fā)成分、塵埃分布和磁場特性等研究提供了更進(jìn)一步的支撐。

維加任務(wù)的成功實施，完成了歷史上首次人類探測器與彗星的交會，革新了我們對于彗星的認(rèn)識。此外，它還為喬托號近距離飛越哈雷彗星提供了及時和準(zhǔn)確的導(dǎo)航信息，確保了喬托號任務(wù)的順利完成。

彗星號與先驅(qū)號

日本為哈雷彗星聯(lián)合探測貢獻(xiàn)了兩艘探測器：先驅(qū)號和彗星號。先驅(qū)號是日本首個深空探測任務(wù)，主要目標(biāo)是測試M-3SII型火箭性能、實踐地球引力逃逸技術(shù)，同時在遠(yuǎn)距離觀測哈雷彗星，探測行星際介質(zhì)和磁場。作為哈雷艦隊的“探針”，先驅(qū)號將提前測量哈雷彗星周圍空間環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)探測器的飛越路徑優(yōu)化提供支持。先驅(qū)號由ISAS開發(fā)，于1985年1月7日從鹿兒島航天中心發(fā)射。探測器重138千克，主要載荷包括磁場傳感器和太陽風(fēng)探測器，但未搭載成像設(shè)備。

先驅(qū)號

彗星號

彗星號則專注于紫外波段觀測，目標(biāo)是拍攝哈雷彗星的氫冕結(jié)構(gòu)、測量太陽風(fēng)參數(shù)、研究太陽風(fēng)與彗星離子層的相互作用。彗星號整體結(jié)構(gòu)和質(zhì)量都與先驅(qū)號相近，搭載CCD紫外成像系統(tǒng)和離子探測分析系統(tǒng)。彗星號于1985年8月18日由M-3SII型火箭發(fā)射升空。彗星號的紫外觀測與維加的可見光觀測、喬托的塵埃數(shù)據(jù)形成互補(bǔ)，共同揭示彗星氫云的動態(tài)變化。

1986年3月8日，彗星號從靠近太陽一側(cè)距離彗核15.1萬千米處飛越哈雷彗星，其搭載的CCD紫外成像系統(tǒng)于1985年11月26日首次拍攝到哈雷彗星氫云的圖像，并于此后每日拍攝6張圖像，記錄氫分布在空間中的變化。彗星號觀測到哈雷彗星的氫云延伸數(shù)百萬千米，檢測到彗發(fā)中水產(chǎn)率高達(dá)每秒1030個分子，同時紫外譜線顯示彗發(fā)中存在OH、CS等分子成分，相關(guān)探測結(jié)果顯示了彗星活動的不均勻性和演化過程，證實了彗星攜帶原始有機(jī)物，可能為地球上水的來源和生命起源提供線索。

彗星號搭載的離子能量分析儀提供了彗星離子與太陽風(fēng)離子強(qiáng)烈交互作用的信息，與維加號的可見光數(shù)據(jù)和喬托號的塵埃分析數(shù)據(jù)協(xié)同互補(bǔ)，揭示了彗星彗尾的特性和演化過程。彗星號的科學(xué)數(shù)據(jù)體現(xiàn)了彗星作為太陽系演化的“時間膠囊”的重要研究價值，推動了日本后續(xù)的隼鳥1號和隼鳥2號小天體探測任務(wù)的立項和實施。

先驅(qū)號3天后從距離彗核約699萬千米的位置飛越，成功測量了行星際磁場擾動和太陽風(fēng)速度變化，發(fā)現(xiàn)了磁場堆積區(qū)*的存在，確認(rèn)了彗星與太陽風(fēng)的交互區(qū)無背景干擾，為理解彗星如何影響太陽系空間環(huán)境提供了相關(guān)信息，同時為后續(xù)任務(wù)如喬托號的順利實施提供了寶貴校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。此外，先驅(qū)號驗證了日本的深空通信和導(dǎo)航技術(shù)，標(biāo)志著亞洲國家首次參與彗星探測，為日本后續(xù)深空探測任務(wù)積累了重要的經(jīng)驗。

注：磁場堆積區(qū)是彗星釋放氣體/離子后，與太陽風(fēng)磁場相互作用形成的一個高強(qiáng)度磁場結(jié)構(gòu)。

喬托號

喬托號藝術(shù)概念圖

ESA的喬托號任務(wù)是本次國際聯(lián)合探測中的亮點，它的科學(xué)目標(biāo)是實現(xiàn)人類首次對彗核的近距離成像，并深入研究彗核和彗發(fā)中塵埃和氣體的特性。喬托號基于GEOS（Geodetic Earth Orbiting Satellite，大地測量地球軌道衛(wèi)星）衛(wèi)星平臺改進(jìn)而成，呈直徑2米、高1米的圓柱體構(gòu)型（見上圖）。為應(yīng)對高速塵埃撞擊，喬托號采用了弗雷德·惠普爾設(shè)計的雙層防塵盾，可有效防護(hù)1克以下顆粒的撞擊*。

注：假設(shè)1克微粒撞擊速度為飛越哈雷彗星時相對彗星的速度，即68千米/秒，則產(chǎn)生的能量約為230萬焦耳，約相當(dāng)于0.55千克TNT炸藥爆炸釋放的能量。

喬托號去掉外側(cè)面板后的樣子。最下面相隔23厘米的兩層防護(hù)板結(jié)構(gòu)，就是惠普爾設(shè)計的雙層防塵盾。外層是1毫米厚的鋁板，可以擊碎、汽化入射塵粒。內(nèi)層是12毫米厚的凱夫拉纖維板，用于吸收穿透外層的碎片。雙層防塵盾可以抵御質(zhì)量達(dá)1克、速度是子彈50倍的顆粒的沖擊。

喬托號搭載的科學(xué)載荷由ESA協(xié)調(diào)，由德國、英國、美國、法國和荷蘭等國的科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合研制，包括德國宇航局等負(fù)責(zé)研制的成像系統(tǒng)、德國科隆大學(xué)提供的質(zhì)譜儀、英國肯特大學(xué)開發(fā)的塵埃分析儀、英國團(tuán)隊研制的多色相機(jī)、奧地利和英國合作研制的磁力計等。

喬托號搭載的負(fù)荷

喬托任務(wù)原計劃由ESA與NASA聯(lián)合開展，但因預(yù)算問題改為由ESA獨立實施。在1980年完成設(shè)計整合后，探測器于1985年7月2日由阿麗亞娜1型火箭從法屬圭亞那庫魯航天中心發(fā)射升空。喬托號的目標(biāo)是與維加號互補(bǔ)，利用后者提供的彗核位置數(shù)據(jù)，實現(xiàn)距離彗星600千米的近距離飛越，獲取高分辨率圖像和彗發(fā)成分的詳細(xì)信息。

喬托號的哈雷彗星之約經(jīng)歷了最為驚險的旅程。1986年3月12日，探測器在780萬千米外檢測到氫離子并于22小時后穿越弓形激波。3月14日，喬托號從僅596千米處飛越哈雷彗星彗核，飛越速度約為68千米/秒。在飛越過程中，喬托搭載的成像系統(tǒng)持續(xù)跟蹤彗核，傳回超過2000張圖像。

喬托號接近哈雷彗星過程中獲取的圖像序列

1986年3月，喬托號飛抵離哈雷彗星僅596千米處，首次揭示了近距離看到的彗核的模樣。第一張（左上）拍攝于最接近彗星前約3小時，距離彗核766371干米；最后一張（右下）拍攝于最接近彗星前僅27秒，距離彗核1917千米。

此間，喬托號受到高達(dá)1.2萬次塵埃高速撞擊，其中一顆1克顆粒在最接近彗核前7.6秒擊中探測器，導(dǎo)致自轉(zhuǎn)失穩(wěn)和32分鐘通信中斷。任務(wù)團(tuán)隊通過緊急指令恢復(fù)控制，挽回了70%的計劃數(shù)據(jù)，保證了喬托號任務(wù)的順利實施，獲取了人類首張彗星彗核的高清圖像，并取得了一系列探測成果。

喬托號的探測成果

1、確認(rèn)了哈雷彗星尺寸為15千米x8千米，密度極低（0.55克/立方厘米），進(jìn)一步表明其為由冰和塵埃組成的松散聚合體。

2、彗核表面較暗，反照率為2%~4%，說明覆蓋著非揮發(fā)性物質(zhì)塵埃。

3、彗核表面的7個主要活動區(qū)域貢獻(xiàn)了90%的氣體生產(chǎn)率，說明彗星活動極其不均勻。

4、成分分析顯示水占80%，一氧化碳占17%，二氧化碳占3%~4%，并檢測到甲醛、甲醇等有機(jī)物。彗星成為了解太陽系早期形成與演化以及地球水/有機(jī)物來源的重要“天然化石”。

5、精確測量了塵埃速度與大小分布。這些決定了彗星對太陽系空間環(huán)境物質(zhì)傳輸?shù)呢暙I(xiàn)。

6、磁場數(shù)據(jù)證實彗星無內(nèi)稟磁場，太陽風(fēng)受彗發(fā)粒子阻礙形成“披掛”效應(yīng)彗星的活動性使其周圍形成一個等離子體環(huán)境。

喬托號的這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)不僅驗證了維加任務(wù)的結(jié)論，還讓人們看到彗核表面遠(yuǎn)比“臟雪球”模型（摻雜少量塵埃的冰體）復(fù)雜得多。實際觀測中，哈雷彗星彗核密度極低，表面非常暗（反照率極低），并且近距離拍攝進(jìn)一步揭示了彗核的復(fù)雜地形地貌（如局部的山丘和坑洞）?；谶@些證據(jù)，現(xiàn)代天文學(xué)更傾向于用“冰-塵混合物”（冰和塵埃等其他物質(zhì)混合組成的具有松散結(jié)構(gòu)的聚合體）來形容彗核。

國際彗星探測器

美國的國際彗星探測器（ICE）在“哈雷艦隊”中扮演了獨特而重要的角色。ICE最初于1978年作為地球軌道衛(wèi)星（ISEE-3）發(fā)射，旨在研究太陽風(fēng)與地球磁層的相互作用。1982年，NASA通過多次巧妙的月球引力助推重新調(diào)整其軌道，并于1983年完成軌道優(yōu)化，使其能夠穿越哈雷彗星的尾部。ICE的主要任務(wù)是探索彗尾與太陽風(fēng)的交互機(jī)制、磁場變化以及等離子體特性。由于未搭載相機(jī)，其核心儀器包括磁力計和等離子體分析儀，任務(wù)準(zhǔn)備僅包括配套軟件升級和軌道調(diào)整。

ICE于1986年3月28日前后成功穿越彗尾，距離彗核約3100萬千米，觀測過程未檢測到任何因塵埃撞擊造成的探測器損傷。探測結(jié)果顯示，太陽風(fēng)在彗尾中顯著減速，磁場強(qiáng)度隨之增強(qiáng);離子拾取效應(yīng)明顯，即彗星氣體在電離后融入太陽風(fēng)，影響了太陽系空間環(huán)境；氫離子密度的變化進(jìn)一步證實彗尾延伸超過1天文單位。這些遠(yuǎn)距離觀測為“哈雷艦隊”提供了宏觀尺度的寶貴數(shù)據(jù)，與近距離任務(wù)的細(xì)致測量形成互補(bǔ)，共同勾勒出彗星與太陽系之間復(fù)雜而全面的相互作用圖景。

協(xié)同合作  持續(xù)探索

哈雷彗星國際聯(lián)合探測任務(wù)的制定與準(zhǔn)備過程，彰顯了科學(xué)無國界的卓越合作精神：維加號整合了多國研發(fā)的先進(jìn)儀器，喬托號的設(shè)計經(jīng)驗得以廣泛分享，IHW負(fù)責(zé)統(tǒng)籌地面觀測和軌道參數(shù)確定，而IACG則協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)工作，避免沖突并最大化科學(xué)收益。在人類強(qiáng)烈好奇心與求知欲的推動下，此次盛事不僅取得了多項突破性成果，還克服了諸多技術(shù)難題。通過多任務(wù)協(xié)同（如維加號為喬托號提供導(dǎo)航數(shù)據(jù)），任務(wù)成功落地，數(shù)據(jù)共享進(jìn)一步提升了整體價值，為后續(xù)羅塞塔號與深度撞擊等彗星探測任務(wù)奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)與合作模式。

哈雷艦隊主要成果

1、喬托號首次拍攝到哈雷彗星彗核，確認(rèn)其符合低密度、高孔隙率的“臟雪球”結(jié)構(gòu)。

2、彗星號記錄了氫云，估算水蒸氣產(chǎn)率高達(dá)每秒1030分子，支持彗星可能為地球帶來水源。

3、ICE探測到彗尾中太陽風(fēng)減速和磁場增強(qiáng)，證實離子拾取效應(yīng)。

4、維加1號和維加2號發(fā)現(xiàn)彗核表面噴發(fā)可能形成于太陽系初期的有機(jī)分子。

5、先驅(qū)號在700萬千米外檢測到磁場擾動，驗證彗星對行星際環(huán)境的影響。

6、喬托號和彗星號數(shù)據(jù)顯示彗核自轉(zhuǎn)周期約52~53小時，活動受自轉(zhuǎn)調(diào)控。

哈雷彗星國際聯(lián)合探測不僅是人類行星科學(xué)與深空探測史上的里程碑，更是人類好奇心、求知欲與合作精神的勝利。在彼時美蘇冷戰(zhàn)的歷史背景下，包括兩國在內(nèi)的東西方多國組成太空艦隊協(xié)同努力，將人類從古代對彗星的迷信與恐懼引領(lǐng)至現(xiàn)代實證科學(xué)的廣闊天地，揭開了太陽系起源與演化研究的關(guān)鍵篇章，彰顯了科學(xué)超越政治與文化藩籬的理想，為未來全球合作樹立了典范。

展望未來，哈雷彗星將于2061年再次回歸，屆時最先進(jìn)的行星探測技術(shù)如樣品返回、原位分析及人工智能輔助探測將推動對于彗星的認(rèn)識更上一層樓，或許能讓我們更進(jìn)一步窺探宇宙與生命起源的深邃奧秘。哈雷彗星聯(lián)合探測的成功告訴我們，通過相互合作與持續(xù)探索，人類能不斷超越自我，走向更為浩瀚的星辰大海。

作者簡介

趙玉暉，2012年于南京大學(xué)獲天體測量與天體力學(xué)博士學(xué)位，目前在紫金山天文臺從事航天器軌道力學(xué)、小天體動力學(xué)與演化和空間物體監(jiān)測的相關(guān)研究。參與我國嫦娥二號小行星探測拓展任務(wù)、歐洲空間局羅塞塔彗星探測任務(wù)和歐洲空間局JUICE木星探測任務(wù)等行星探測任務(wù)，利用深空探測數(shù)據(jù)開展了多顆太陽系小天體的特性與演化研究。

本文摘編自雜志2026年第1期，文章內(nèi)容略有刪改。

實習(xí)編輯 | 扶佳燕