2018年10月20日，贝皮科伦布号成功发射升空。这项任务由欧洲空间局(ESA)与日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)联合进行，预计经过七年左右的飞行，将于2025年到达水星，进一步揭示水星的神秘面纱。

在难以想象的浩瀚宇宙中，作为众多数十亿个星系中的一个，银河系中嵌套在一层层更大的星系中，恒星又一颗颗嵌套在银河系中，在这种尺度下，我们的太阳系只是宇宙区域中一个微小存在。 然而，在我们的宇宙观中，这个微小的存在却起着重要的作用：我们的太阳系是我们探索宇宙的起点，没有其它任何地方能够像太阳系一样让我们如此仔细研究，人类目前也没有办法在其它星系进行科学实验。 所以，我们在隔壁邻居星球那获得的知识，也将帮助人类理解那些更遥远的太空中存在的科学现象，这是人类探索天体物理学和宇宙学的基础。

然而，到目前为止，我们还没有对地球的邻居们进行详尽的探索。在太阳系的周边地区，肯定还存在着未知的矮行星或被设想了数十年的的“X行星” ，即使是在太阳附近仍然还有很多问题未被科学回答。 相比于太阳系尺度的探索，其实围绕太阳周边的探索更加重要，因为从地球角度来观察太阳的直接环境非常困难。 在地球上，天空上方永远不会完全黑暗，过度日照会破坏望远镜及望远镜里的敏感电子设备，这不仅限制了在地对日观测的条件，还限制了在近地轨道上的光学仪器（例如哈勃太空望远镜）的使用。

别看水星离地球这么近，人类60多年航天史上，总共才有3艘水星探测器，也就是说，在皮贝·哥伦布号之前，有且只有2艘探测器拜访过水星。相比之下，去过土星的探测器都已经有4艘了，更别提月球和火星这两颗“探测大户”了。

为什么水星探测器如此之少呢？

答案非常简单，那就是——前往水星真的太难了。

▲水星看上去与月球很像，但实际上又很不同。

“水”道难，难于上青天

作为一颗行星，水星实在是太小了。它的半径只有地球的38%，质量只有地球的5.5%——木卫三和土卫六都比水星大。

水星距离太阳也太近了，它到太阳的距离只有地球到太阳距离的1/3。那么，如此近的距离会带来哪些挑战，让绝大多数探测器望而却步呢？

首当其冲的是温度。水星地表的温度在冰箱（-173℃）和烤箱（427℃）之间来回变换，究竟是什么箱取决于这一侧是否朝向太阳。

探测器基本不惧严寒，它可以把各种能量转换为热能，供自身取暖。然而在烤箱里，探测器的日子却非常不好过，而且制冷比制热的代价要大很多。为此，人们要设计各种散热和隔热的措施，即使这样，探测器仍然不能长期待在高温下，需要时不时去阴凉的地方休息。

但过热只是考验的开胃菜，正餐则来源于太阳巨大的引力。

▲贝皮科伦布号的探测轨道。图中红色近圆形轨道为水星轨道器的预定轨道，而黄色椭圆轨道为水星磁层轨道器的预定轨道。

探测器不断靠近太阳的过程，是一个引力势能不断转化为动能的过程，而太阳巨大的引力则会让探测器稍有不慎就加速过猛，那么就很容易会错过又小又轻的水星。

水星的质量和引力较小，轨道器要实现环绕水星，只需要较低的飞行速度即可。然而，在太阳引力作用下，水星探测器将不由自主地加速，这个矛盾对水星探测器的测量与控制提出了较高的要求。如果要在水星上着陆的话，由于水星基本没有大气，着陆器无法通过空气阻力或降落伞减速。就像一辆在下坡中的汽车踩好几年刹车一样，这使得制造水星探测昂贵而困难。

但人类从没有退缩，而是在不断挑战极限。

上世纪七十年代，由美国航空航天局和喷气推进实验室的水星10号探测器完成了人类对水星的第一个太空探索任务。水星10号采用了“变轨机动”技术以摆脱水星引力。1974年至1975年期间，水星10号共三次飞掠水星，并传回近距离拍摄的水星表面的照片。传回的照片显示，水星表面与月球一样有许多的陨石坑，并发现了意料之外的强磁场，这与地球类似。仅凭借这些水星表面的照片显然不足以还原水星的地质历史。此外，科学家也缺少水星表面的化学成分测量。与其他岩石行星相比，水星的密度之高令人费解，水星的内部组成是怎样的？水星又是如何产生磁场的？要知道，在金星和火星上并没有磁场。

2004年，美国宇航局又执行了后续任务以解决其中的部分问题。探测器传回的大量测量数据表明，水星的磁场强度相对往水星中心偏移，因此南半球的磁场比北半球弱得多。科学家还研究了水星的薄外层，它由行星际空间与行星表面的相互作用产生，并且包含了浓度不同的钠，钾，钙和镁。飞行器记录了水星表面光谱，并分析了水星的化学成分，研究结果显示，水星含有高硫、低铁，这明显不同于其他岩石行星。最后，探测器收集了水星北极附近陨石坑中存在水冰的证据。

水星探测小分队任务

▲水星探测小分队合影。

贝皮·哥伦布号探测器实际上可以被看成是一小分队，队长是两个相互独立的探测器：一个是欧空局主导的水星轨道探测器 (Mercury Planetary Orbiter)，另一个是日本宇航局主导的水星磁场探测器(Mercury Magnetospheric Orbiter)。水星磁场探测器有一个专用日语名MIO，因为MIO在日语里有“航路”、“水路”的意思，因此包含了祈祷航程平安的美好愿望。

陪伴这两艘探测器队长一同前往水星的还有两个辅助设备队员，其中一个是MIO的专用接口和太阳光防护盾MOSIF(MIO Sunshield and Interface Structure)，保护尚未运转的MIO免受太阳的炙烤。另一个是水星转移轨道推进器MTM(Mercury Transfer Module)，毕竟进入水星轨道是个高耗能的“体力活儿”，这个专门的推进器将为探测器进入水星轨道提供必备的动力。

MTM巨大的太阳能帆板有42平方米，虽然太阳内侧的太阳能更丰富，但灼热的温度可能烤坏太阳能帆板，因此MTM的太阳能帆板不能受阳光直射，只能以一个小的入射角接受太阳光，这使得对太阳能的利用率打了个折扣。

▲贝皮·哥伦布号探测器抵达水星时的假想图。

抵达水星后，贝皮科伦布号将开展必要的测量，目的是研究水星的物质组成、内部结构，以及水星的大气层、磁层和演化历史。与地球一样，水星也是一颗行星，与其它行星之间既有相似之处，也有自己的特点，我们必需了解其他行星上是什么样子的，才能帮助我们更好地理解地球为什么是现在这样，这也是大多数行星探测的主要目标。

由于水星是与太阳最近的行星，因此，研究水星的形成过程，以及后续的演化过程，有助于揭示靠近恒星的行星的起源和演化过程，对太阳系外行星的研究有重要的参考意义。

水星作为一颗行星，需要研究它的形成过程，内部结构，地质特征，物质组成，以及水星表面的撞击坑分布。

水星基本上没有大气层，但仍有外逸层，也就是水星残留的大气层，这次任务将研究水星大气层的成分，以及大气运动的动力学过程。

水星磁层的结构，研究磁层与太阳风等带电粒子的相互作用和动力学过程。

确定水星磁场的起源。地球有磁场是源于地球内部有熔融的岩浆，像发电机一样产生磁场。水星的内部应该已经固结，那么，水星现在的磁场是如何形成的，这次任务将进行探测。

此前的信使号水星探测器已经在极地探测到了冰层，那么，这次任务将探测这些挥发物的成分和来源。

此次航天任务还有着特殊的意义：首先，MPO的飞行轨道略偏于水星地心，非常有利于确定水星的引力场；其次，与过去的测量相比，此次测量采用的复杂的电信技术可以显着提高测量精度；第三，单独测量太阳辐射对行星轨道的影响，避免了水星重力效应的影响。最后，这也为我们提供了经典相对论理论检测的新视角，水星近日点的运动情况以及光线在太阳附近的传播现象能否与相对论预测的一致？爱因斯坦又一次面临新的考验。

作者：金婉霞
编辑：郝梦夷
责任编辑：许琦敏

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