用繩子拴起兩顆衛星，就可以拿去探索月球！

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最近出現了一個有趣的任務：用一條纖細的、數公里長的繩索將兩顆衛星相連接，科學家們就從而可以更好地理解月球是如何形成那些神秘「紋身」的——月球上那一百多處明暗相間的螺旋圖案（lunar swirls）。

NASA的行星科學深空小衛星研究項目（Planetary Science Deep Space SmallSat Studies，PSDS3），最近正在位於馬里蘭州格蘭貝爾特的戈達德空間飛行中心組建一個團隊，以進一步發展這個被稱為「月球漩渦上空大氣雙衛星觀測（Bi-sat Observations of the Lunar Atmosphere）」的計劃，該計劃又被叫做BOLAS。該計劃是由戈達德的首席研究員蒂莫西·斯塔布斯（Timothy Stubbs）領導的，「這將是有史以來第一次用被繩子連起來的行星衛星進行的任務。」斯塔布斯說。

對於那些希望研究月球上怪異且大氣稀薄的環境的科學家們來說，衛星的軌道越低越好。

「對於探索缺乏大氣層的類行星天體，像這樣使用繩索是一個非常有創意的途徑，可以實現利用最少的燃料實現低軌道測量。」科利爾說，同時補充道，「一個衛星並不能攜帶足夠的燃料來供給它進行周期性地維護以維持它的軌道。」

這是由於月球的表面聚集著大量的物質。這些高密度物質改變了引力場，這一效應要麼將飛行器拉下來，要麼就會將其推離原軌道，使得它們在一次劇烈的碰撞中走向滅亡。

如果沒有這個繩索系統，一個相當的低軌道任務將要需求大量的燃料來維持它的軌道。比如說，NASA的月球勘測軌道飛行器(Lunar Reconnaissance Orbiter, LRO)在其任務早期位於距離月表31英里高的軌道，如果NASA沒有進行推進維護來維持它的軌道，它應該早就墜毀在月球表面了。

「繩子上的張力將會使這兩顆衛星的連線完全垂直於它們的軌道，」斯塔布斯說，「這種結構，可以使得兩顆衛星的質心位於近穩定軌道，應該盡量讓下面的衛星得以在較低的海拔高度上進行長期飛行。」

該畫家的作品展示了這兩顆被公里長的繩子連起來的衛星，將會進行對月球的測量。

Credits: NASA

根據最新的設想，這次任務將使用兩顆12-unit的立方體衛星（CubeSat），分別具有四英寸的邊長。當這一對衛星到達了位於月球表面上方約62英里的近穩定、低損耗軌道後，這兩顆由一根112英里長的繩子連接起來的衛星將會分離。上方的衛星將爬升到距離月球表面118英里的高度，而下面那個一模一樣的衛星則會下降到距離月表僅6英里的高度。小體積的衛星，包括立方體衛星（CubeSats），正在NASA的太空探索、技術驗證、科學研究、教育調研等等領域發揮日益重大的作用，例如：行星太空探索、地球觀測、基礎地球和空間科學、發展先驅科學儀器（如尖端激光通信、衛星間通訊和衛星自主運動能力）等等。

立方體衛星（CubeSat）的樣子

Credits：NASA

「這是一個激動人心的概念，」BOLAS的合作研究員邁克爾·科利爾（Michael Collier）說（他從2015年就開始研究這個以繩子為基礎的任務該如何收集那些難以獲得的月球測量信息）：「坦率地講，我認為這是具有開創性的，拴起來的衛星是一個探索月球科學的非常自然的途徑。」

這兩顆衛星配備了幾乎相同的微型儀器，包括分光計和成像儀，這一對雙胞胎衛星將從低海拔和高海拔同時分析月球的氫循環。在BOLAS項目眾多科學家和合作者的努力下，這些儀器都已經非常先進。「你可以用這套儀器做很多研究，」斯塔布斯說。他同時還說到，這個團隊計劃使用肯塔基摩爾州立大學（Kentucky』s Morehead State University）開發的子系統，這個大學也曾領導了NASA的月球冰立方任務（Lunar IceCube mission），這個任務利用了其六個月的在軌時長來勘探月球上的水以及其他揮發物的情況。

BOLAS計劃在軌一年，在這一年間，BOLAS上的儀器將描繪出月球表面的氫注入機制，以及這些機制與月球的成分、風化層、地形、等離子體條件、一天的不同時刻以及月球地殼磁場的關係。

這項任務的一個主要目標就是了解月球漩渦的形成——月球上明暗不一的奇特斑紋圖案——以及磁力異常和天氣變化對其形成的影響。

月球漩渦結構，例如這張由NASA的LRO拍攝的Reiner-Gamma漩渦，是概念上的CubeSat任務所要研究的月球表面的奇特圖案。

Credits: NASA

觀測表明，當古地磁場被嵌入月殼時，漩渦結構就會出現。另外，表面明亮的區域似乎比周圍更少地暴露在空氣中——由於包括太陽風和微流星體在內的現象，物質暴露在空間中從而發生同時物理和化學上的改變，經過一段時間會變得黯淡。

這些線索引出了三種關於月球漩渦結構形成的重要理論：

其中一種理論提出，漩渦結構和磁場均形成於彗星衝擊帶來的大量羽狀物質；另一個則假設當微流星體的撞擊揚起了月球表面的微塵顆粒時，漩渦上空存在的磁場根據微粒的磁化率對它們進行「分類」，形成了有不同組成的明暗不一的圖案；第三項理論認為由於在百萬米每小時的太陽風中的粒子是帶電的，它們很可能受到磁場力的作用，也許磁場會屏蔽覆蓋到的區域，使其不受太陽風的侵襲。

科學家們表示，來自NASA的LRO的觀測說明磁屏蔽的假設具有可信度。然而，目前並沒有一項理論能得到有效的證實。科利爾說到，除非科學家們實施的任務可以完成近地面的全球測量，否則不可能得出一個確切的答案。不過他相信，BOLAS雙衛星項目將可以提供科學家們所需要的數據。「這可能是一次範式轉移（指行事或思維方式的重大變化），」科利爾說，「所有的跡象都表明這項任務可由現有的技術完成。」

原文鏈接：https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/nasa-studies-tethered-cubesat-mission-to-study-lunar-swirls

作者：Lori Keesey

翻譯：魯瑞

校譯：王晴

編排：王晴

責任編輯：解仁江

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