金星一號(hào)探測(cè)器

1961 年 5 月 19 日，蘇聯(lián)向金星發(fā)射了金星一號(hào)。這是人類歷史上第一次向地球以外的行星發(fā)射探測(cè)器。時(shí)至今日，人類的探測(cè)器已經(jīng)拜訪了太陽(yáng)系中所有行星。然而令人驚訝的是，除了遠(yuǎn)在幾十億公里之外的天王星和海王星之外，平均距離只有 7400 萬(wàn)公里的水星居然是探測(cè)器到訪次數(shù)最少的行星。迄今為止，只有美國(guó)的水手十號(hào)和信使號(hào)探測(cè)器到過(guò)水星。這是為什么呢？
水星探測(cè)之所以這么冷門，主要有兩個(gè)原因。

水星

第一個(gè)原因很簡(jiǎn)單，起初天文學(xué)家們對(duì)水星不感興趣。水星是太陽(yáng)系中距離太陽(yáng)最近的行星。最初的時(shí)候，很多人認(rèn)為水星就是一個(gè)被太陽(yáng)不斷烘烤且十分枯燥乏味的不毛之地。沒(méi)有人愿意花費(fèi)大量的人力物力去探測(cè)它。20 世紀(jì) 60 - 70 年代，美國(guó)航空航天局搞了一個(gè)水手計(jì)劃來(lái)探測(cè)太陽(yáng)系內(nèi)的類地行星。水手計(jì)劃一共發(fā)射了 10 顆探測(cè)器，其中有 3 顆去了金星，6顆飛往火星，只有最后的水手 10 號(hào)去了水星。水手 10 號(hào)讓人們第一次看到了水星的表面 ——布滿隕石坑，跟月球十分相似。
第二個(gè)原因就比較復(fù)雜了。探測(cè)器想要成功抵達(dá)水星是非常困難的。水星不但是太陽(yáng)系中最小的行星，而且還是最靠近太陽(yáng)的行星。水星軌道的近日點(diǎn)距離太陽(yáng)只有 4600 萬(wàn)公里。太陽(yáng)的質(zhì)量是水星的 600 萬(wàn)倍。水星和太陽(yáng)相比，就如同一頭 6 噸重的非洲象和 1 克重的蜜蜂相比，相差太懸殊了。

水星凌日（太陽(yáng)上的黑點(diǎn)是水星）

小小的水星不僅被太陽(yáng)的強(qiáng)大引力所控制，而且還在以每秒鐘 48 公里的速度在軌道上運(yùn)行著。它是太陽(yáng)系中公轉(zhuǎn)速度最快的行星。這使得它成為了一顆難以接近的行星。而探測(cè)器想要進(jìn)入到環(huán)繞水星的衛(wèi)星軌道更是難上加難。

信使號(hào)探測(cè)器

探測(cè)器要飛到水星那里究竟有多困難呢？信使號(hào)任務(wù)的天體化學(xué)家拉里?尼特勒曾經(jīng)這樣解釋道：“將航天器送入環(huán)繞水星軌道有兩大挑戰(zhàn)：引力和預(yù)算。當(dāng)探測(cè)器從地球飛向水星時(shí)，它就會(huì)落入太陽(yáng)的引力陷阱當(dāng)中。探測(cè)器越靠近太陽(yáng)時(shí)速度就會(huì)越快。如果選擇直接從地球飛向水星，那么當(dāng)探測(cè)器抵達(dá)水星附近時(shí)就需要大量的燃料來(lái)減速，可是這樣做就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工程和預(yù)算的承受能力。”

太陽(yáng)和水星

我們可以想象一下，整個(gè)太陽(yáng)系在太陽(yáng)的引力控制下就像是一個(gè)巨大的旋渦。位于太陽(yáng)身邊的小小水星就如同處于巨大旋渦的中心。如果不是水星以高速的公轉(zhuǎn)來(lái)對(duì)抗太陽(yáng)的強(qiáng)大引力，它就會(huì)掉到太陽(yáng)上面了。而我們向水星發(fā)射探測(cè)器，就是朝著這個(gè)由太陽(yáng)強(qiáng)大引力形成的巨大旋渦的中心飛去，稍有差池就會(huì)掉入其中啊！由此可見(jiàn)探測(cè)器飛向水星有多難！也正因?yàn)槿绱耍谒质?hào)探測(cè)器發(fā)射后又過(guò)了 40 年，信使號(hào)才得以發(fā)射。

信使號(hào)探測(cè)器飛行路線

在預(yù)算可控的前提下，信使號(hào)探測(cè)器選擇了一條非常復(fù)雜的航線飛向了水星。2004 年 8 月 3 日，信使號(hào)探測(cè)器發(fā)射升空，并于 2011 年 3 月 18 日進(jìn)入環(huán)繞水星軌道。這么算來(lái)，信使號(hào)用了 6 年 7 個(gè)月 16 天才成功進(jìn)入環(huán)繞水星軌道。前面我們提到過(guò)，水星到地球的平均距離只有 7400 萬(wàn)公里，為什么信使號(hào)探測(cè)器卻用了這么久的時(shí)間才成功抵達(dá)呢？原來(lái)為了避免因速度過(guò)快無(wú)法進(jìn)入環(huán)繞水星軌道，信使號(hào)探測(cè)器在飛往水星的途中多次利用行星的引力彈弓效應(yīng)來(lái)給自己減速。它在發(fā)射后先后掠過(guò)地球1次，2次掠過(guò)金星，3次飛掠水星。這樣整個(gè)過(guò)程下來(lái)，它總共飛行大約 79 億公里。這段距離比冥王星的遠(yuǎn)日點(diǎn)還要遠(yuǎn)大約 5 億公里，大約是水星到地球平均距離的 107 倍。因此，信使號(hào)探測(cè)器消耗了大量的時(shí)間用來(lái)給自己減速。

水手十號(hào)探測(cè)器

即使探測(cè)器成功地進(jìn)入環(huán)繞水星軌道后也會(huì)面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。由于離太陽(yáng)非常近，水星表面的溫度非常高。白天溫度最高的時(shí)候能夠達(dá)到 432℃。如果探測(cè)器在靠近水星時(shí)沒(méi)有足夠的時(shí)間冷卻，那么水星表面反射的強(qiáng)烈陽(yáng)光就會(huì)把探測(cè)器上的焊料融化。因此，信使號(hào)探測(cè)器采取了一個(gè)離心率非常大的橢圓軌道。它離水星最近的時(shí)候有 200 公里，最遠(yuǎn)的時(shí)候則有 10000 公里。這樣它在遠(yuǎn)離水星的時(shí)候就有充分的時(shí)間來(lái)冷卻自己的元件了。
總之，水星之所以難以探測(cè)就是因?yàn)樗x太陽(yáng)太近了。飛往水星的探測(cè)器稍有不慎就會(huì)被太陽(yáng)的引力俘獲而與水星失之交臂。因此，我們說(shuō)水星是太陽(yáng)系中最難探測(cè)的行星一點(diǎn)都不為過(guò)啊。