【博科園-科學(xué)科普】2018年2月6日，SpaceX成功發(fā)射了獵鷹重型火箭進(jìn)入軌道。這對(duì)私人航空公司來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大的時(shí)刻，也是航天飛行的重大突破。獵鷹重型火箭不僅是目前服役中最強(qiáng)大的火箭，也是第一個(gè)依靠可重復(fù)使用的助推器的重型運(yùn)載火箭(其中兩個(gè)在發(fā)射后成功回收)。
斯達(dá)曼駕駛他的特斯拉到太空。圖片版權(quán)：SpaceX
同樣有趣的是火箭的貨物，它由馬斯克的櫻桃紅特斯拉跑車和駕駛員座位上的太空服組成。根據(jù)馬斯克所說(shuō)：這輛車和它的“飛行員”(Starman)最終將實(shí)現(xiàn)與火星之間的Hohmann轉(zhuǎn)移軌道，并在火星上停留長(zhǎng)達(dá)10億年之久。然而根據(jù)一項(xiàng)新的研究，這款跑車將會(huì)與金星或地球相撞的可能性很小。
這項(xiàng)研究最近發(fā)表，題目是“汽車的隨機(jī)游動(dòng)及其與行星的碰撞概率”。這項(xiàng)研究是由多倫多大學(xué)的助理教授Hanno Rein進(jìn)行的。丹尼爾·塔馬約(Daniel Tamayo)是行星科學(xué)中心(CPS)和加拿大理論天體物理研究所(CITA)的博士后研究員。布拉格查爾斯大學(xué)天文研究所的David Vokrouhlick。
埃隆·馬斯克(Elon Musk)的特斯拉跑車(Tesla Roadster)被裝載在獵鷹重型(Falcon Heavy)的有效載荷艙中。圖片版權(quán)：SpaceX
原始飛行計(jì)劃有可能把跑車進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定后繞火星運(yùn)行。據(jù)來(lái)自科羅拉多州的航空航天工程師Max Fagin和一位太空夏令營(yíng)的畢業(yè)生說(shuō)：這款跑車將在2018年10月前接近火星繞火星軌道運(yùn)行。然而在接下來(lái)的幾百萬(wàn)年里，這個(gè)軌道不排除與地球的近距離接觸。Rein和他的同事們考慮了這樣的親密接觸可能會(huì)在那個(gè)時(shí)候改變Roadster的軌道。
利用NASA的“新視野號(hào)”界面的數(shù)據(jù)來(lái)確定所有太陽(yáng)行星和Roadster的初始位置，該團(tuán)隊(duì)計(jì)算出了未來(lái)車輛與類地行星之間的近距離接觸的可能性，以及由此產(chǎn)生的碰撞的可能性。Roadster與近地小行星(NEAs)和地球-月球系統(tǒng)的ejecta有一些相似之處。簡(jiǎn)而言之NEAs滲透到太陽(yáng)系內(nèi)部，經(jīng)常穿越類地行星的軌道，并與它們發(fā)生近距離接觸(導(dǎo)致偶然碰撞)。
此外來(lái)自地球和月球的噴出物也與類地行星有近距離接觸，并與它們發(fā)生碰撞。然而特斯拉跑車在兩個(gè)關(guān)鍵方面是獨(dú)一無(wú)二的：第一，它起源于地球，而不是通過(guò)強(qiáng)大的共振從小行星帶進(jìn)入內(nèi)部太陽(yáng)系。第二，當(dāng)它離開(kāi)地球時(shí)，它的發(fā)射速度會(huì)更高，這往往會(huì)造成更少的影響?？紤]到特殊的初始條件，甚至是奇怪的物體，探索它的動(dòng)力學(xué)和最終的命運(yùn)仍然是一個(gè)有趣的問(wèn)題。
獵鷹重型火箭在佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角的美國(guó)宇航局肯尼迪航天中心發(fā)射，發(fā)射地點(diǎn)是LC-39A。圖片版權(quán)：SpaceX
另一個(gè)挑戰(zhàn)是隨著時(shí)間的推移，影響的概率會(huì)發(fā)生多大的變化。雖然在短期內(nèi)(也就是未來(lái)幾年)可以排除發(fā)生碰撞的可能性，但在隨后的近距離接觸中，Roadster的混亂軌道是很難預(yù)測(cè)的。因此研究小組進(jìn)行了一個(gè)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以了解隨著時(shí)間的推移，跑車的軌道和速度會(huì)如何變化。在他們的研究中：考慮到特斯拉是從地球上發(fā)射的，這兩個(gè)物體有相交的軌道，并多次發(fā)生近距離接觸。在~2.8年的synodic時(shí)間尺度上，物體到達(dá)相同的軌道經(jīng)度。他們開(kāi)始考慮在接下來(lái)的1000年里，在接下來(lái)的48個(gè)軌道上，Roadster的軌道會(huì)如何發(fā)展。
然后他們擴(kuò)展了分析，以考慮長(zhǎng)期的進(jìn)化，在接下來(lái)的350萬(wàn)年中包含240個(gè)軌道。他們發(fā)現(xiàn)在一萬(wàn)年的時(shí)間尺度上，跑車的軌道仍然停留在與地球緊密接觸的區(qū)域。然而隨著時(shí)間的推移，模擬結(jié)果顯示由于共振和長(zhǎng)期的影響，跑車將會(huì)體驗(yàn)到偏心的變化。隨著時(shí)間的推移，這將會(huì)導(dǎo)致道路和金星之間頻繁的相互作用，與火星的親密接觸成為可能。在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，研究小組甚至預(yù)測(cè)到水星軌道的相互作用是可能的(盡管可能性不大)。
不要驚慌，不要驚慌。圖片版權(quán)：SpaceX
最后模擬結(jié)果顯示，在超過(guò)100萬(wàn)年的時(shí)間里，與類地行星發(fā)生碰撞的可能性不大，但并非不可能。雖然可能性很小，但他們傾向于最終與地球相撞?；蛘呦袼麄冋f(shuō)的那樣：管在我們的模擬中有幾次與火星的親密接觸，但沒(méi)有一個(gè)會(huì)導(dǎo)致物理碰撞，發(fā)現(xiàn)特斯拉與地球相撞的幾率為6%。鑒于馬斯克希望他的Roadster能在火星軌道上停留10億年，而且外星人可能最終會(huì)找到它，它與地球或金星相撞的可能性有點(diǎn)令人失望。
為什么要把這樣一個(gè)獨(dú)特的有效載荷送入太空，如果它還會(huì)回來(lái)呢?盡管如此，它在太空中漂浮數(shù)百萬(wàn)年的可能性仍然存在。如果有任何擔(dān)心，這名Roadster將對(duì)未來(lái)的任務(wù)或地球本身構(gòu)成威脅，考慮一下斯塔曼在進(jìn)入太空時(shí)所看到的信息——不要驚慌！假設(shè)人類現(xiàn)在還活著，那么更大的危險(xiǎn)將是這樣的古董會(huì)在我們的大氣層中燒毀。幾百萬(wàn)年之后，斯塔曼肯定會(huì)成為一個(gè)大明星！
知識(shí)：科學(xué)無(wú)國(guó)界，博科園-科學(xué)科普
參考：arXiv
