深度撞击
2005年8月31日
去年7月4日，人们得知“深度撞击”探测器释放了一个由410公斤铜制成的撞击模块，该模块成功撞击了坦普尔1号彗星。这颗彗星于1867年4月由马赛天文学家E.W.坦普尔用肉眼首次发现。
这颗彗星的公转周期约为5.5年，运行于火星与木星之间。其最大直径估计为6公里。因此，美国国家航空航天局（NASA）发射了一颗探测器，目的是通过撞击彗星，进一步了解彗星的组成和内部结构。
以下是轨道示意图：
坦普尔1号彗星的轨道位于火星与木星之间。在靠近太阳的位置，可以明显看到水星轨道的非圆形特征。图中棕色轨道上方，是探测器发射时彗星所处的位置。蓝色圆形轨道代表地球，其上方为探测器发射时地球的位置。六个月后（即地球完成半个公转周期），发生撞击。请测量彗星与探测器在相同时间段内所走过的曲线距离。显然，彗星移动得更快。
关于撞击轨迹的补充说明：您可以在以下网址查看一段非常精美的动画演示：
http://deepimpact.umd.edu/amateur/where_is.shtml
您将首先看到两个按钮，可用来切换观察视角。通过这些视角，您会发现彗星轨道相对于黄道面有较大的倾角。
这正是它得以幸存的原因。彗星有多种类型。一些被称为“非周期性彗星”的天体，仅在太阳系中进行一次单次穿越，之后便再无踪迹。事实上，我们对这个巨大的“彗星云”——据信位于太阳系边缘之外的彗星储库——的结构仍知之甚少。它的起源是什么？在太阳系形成初期，行星逐渐成形，此时发生了多种机制。最容易理解的是“同类相食”——小天体与大天体发生正面碰撞，后者将前者吸收并融入自身质量。另一种机制是“引力弹弓效应”。从数学角度讲，这是一种“遭遇”（英文“encounter”，源自气体动力学理论）。原始太阳系是“碰撞性”的，这些碰撞倾向于形成麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布，适用于所有天体群体。这是一个“多群体系统”。每个群体都趋向于热力学平衡。当两种气体处于热力学平衡状态时（例如太阳的等离子体），不同群体的平均动能相等，其速度与质量成反比。以氢等离子体为例，电子质量仅为氢原子核的1/1850。因此，电子的热运动速度是氢离子的√1850倍，即约43倍。
在“重粒子”与“轻粒子”的混合系统中，轻粒子会加速（例如，由“脏水蒸气团块”或“脏冰”构成的原始彗星）。因此，太阳系将大量小天体抛射出去。其中一些获得了逃逸太阳引力的速度，最终消失在星际空间。另一些则留在了我们的“遥远郊区”。由于这些“遭遇”是双向作用的（但总体上加速了小天体），因此会产生“负向引力弹弓效应”，使麦克斯韦-玻尔兹曼分布向低速方向偏移。许多小天体因此被减速，甚至可能坠入太阳，或撞击类地行星，比如我们的地球，可能成为海洋的组成部分。
坦普尔1号彗星的命运处于中间状态。它的速度已接近行星水平。但幸运的是，它恰好处于一个倾斜的轨道上，从而降低了与更重行星发生危险碰撞的风险，否则其轨道必将被彻底改变。事实上，自该彗星被发现以来，其轨道已有轻微变化。您可通过Google查阅历史数据。为什么它比哈雷彗星释放的气体更少？这是个好问题。我们对彗星的喷气现象了解甚少，同样对彗星内部结构也知之甚少。
事实上，我们的地球也在喷气，这种现象被称为火山活动。我们知道，潮汐效应会加剧这种活动（例如，木星对它的卫星伊欧的强烈潮汐作用，使其内部被持续“揉捏”）。如果伊欧与木星同步自转（即始终以同一面朝向木星），就不会有如此剧烈的火山活动。此外，伊欧距离木星非常近。
或许彗星的喷气活动与其自转周期有关。自转的彗星更容易受到行星靠近时产生的潮汐效应影响。事实上，我们观察到彗星在进入木星轨道以内时开始喷气。这是因为它接收到的太阳辐射更强吗？如果是单纯的表面升华现象，答案是肯定的。但若喷气来自彗星内部深处，则未必。事实上，当“乔托号”探测器接近哈雷彗星时，我们清楚地看到喷发源存在。因此，当彗星重新进入太阳系时，其活动的恢复可能与潮汐效应引起的内部“揉捏”有关，而这种效应在彗星自转时尤为强烈。我们是否测量过这些自转周期？
从这一角度来看，坦普尔1号彗星可能相对不活跃，因为它自转缓慢，因此对潮汐“揉捏”效应不敏感，而这种效应正是引发火山喷发（如伊欧）或彗星喷气的根源。您可以向布拉希克（Brahic）请教他的看法。行星科学本应是他的专长领域。
您可以自由设定各个天体的位置。首先展示的是探测器“深度撞击”进入轨道后，坦普尔1号彗星逐渐接近的场景。您会注意到撞击发生的日期：7月4日。美国人喜欢用这种方式标记他们的航天成就，并彰显他们对探测器轨道控制的精准掌握。这一天恰好是美国独立日，这并非巧合。
仔细观察动画可以发现，坦普尔1号彗星实际上比探测器转得更快，并最终追上探测器。事实上，是彗星撞击了探测器，而非相反。但这并不重要。接下来的画面是两个月后的情景：彗星即将撞击探测器，或更准确地说，是撞击从彗星上分离出的撞击器。
这是撞击前五分钟左右拍摄的彗星图像：
彗星图像，撞击前5分钟拍摄。
探测器与撞击器
撞击器上安装了一台摄像机。
撞击前190秒的特写镜头。那些亮点是否对应喷气源？
一幅艺术家想象图，展示撞击器接近的情景（形状像一个……