9月3日分離,究竟代表甚麼?
BepiColombo的水星轉移艙(Mercury Transfer Module,簡稱MTM)原本就不是用來做科學觀測,而是負責以太陽能電力推進,帶着歐洲太空總署(ESA)的水星行星軌道器(MPO)、日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的「瑞星」(Mio),以及Mio的遮陽罩,一路穿越內太陽系。
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計劃於2026年9月3日進行的分離,是一次重要「交接」:MTM完成長途運輸任務後脫離,剩下的MPO、Mio及相關硬件,就要自行完成捕獲、變軌和分離等高難度動作,最後進入各自的科學軌道。
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不過要留意,9月3日並不是BepiColombo正式進入水星軌道的日子。水星軌道插入程序預計於11月21日開始,之後還要進行多次化學推進器點火、分離及調整軌道,直至2027年4月才會展開協調的常規科學觀測。
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點解去水星要花足足8年?
BepiColombo於2018年10月20日發射。一般直覺可能會以為,飛船只要向住水星方向飛就可以,但實際上,水星是太陽系內最難抵達的行星之一。
原因在於太陽的巨大引力。飛船向太陽內側移動時會不斷加速,單靠一般高推力引擎,很難同時減速並配合水星的運行速度。BepiColombo因此採用太陽能電力推進,配合精心設計的九次行星掠飛:地球一次、金星兩次,以及水星六次。
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每次掠飛都會利用行星引力改變飛船的速度和方向,逐步「煞車」並修正航道;MTM的低推力電力引擎則長時間提供穩定、細微的推進。這條路線雖然慢,卻能大幅減少傳統高推力方案所需的燃料。ESA表示,整段巡航涉及逾一萬五千小時的太陽能電力推進操作。
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推進系統曾遇上問題,但任務沒有中止
2024年4月,BepiColombo出現與供電有關的問題,令太陽能電力推進器未能以全功率運作。任務團隊其後調整航道和操作安排,並沒有因此放棄任務。
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太陽能電力推進系統最終於2026年6月15日歐洲中部夏令時間下午3時24分完成最後一次推力弧段。這一下關機,標誌着長途巡航階段告一段落,飛船正式進入抵達水星的準備期。
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MTM分離後,接下來的抵達及入軌動作將主要由MPO的化學推進系統負責。飛船要在極端高溫、時間安排極為緊密的環境下,依次完成多次點火和硬件分離,任何一步都不能出錯。
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9月3日會發生甚麼?
分離時,MTM會從由MPO、Mio和Mio遮陽罩組成的飛船組合體脫離。對MTM來說,這代表它已完成設計任務;對整個BepiColombo任務來說,則是由「運輸模式」轉入「精準行星操作模式」。
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ESA計劃由歐洲中部夏令時間下午1時45分開始直播這次操作,讓公眾見證任務中首個大型抵達里程碑。直播本身不會令飛船更安全,也不會即時產生科學數據;它的意義在於,將一次經過多年準備、而且幾乎無法逆轉的工程操作,帶到公眾眼前。
由分離到正式做科學:時間表一覽
- 2026年9月3日:MTM從MPO、Mio及遮陽罩組合體分離,水星抵達階段正式開始。
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- 2026年11月21日:仍然連接的MPO和Mio開始進行水星軌道插入。ESA預計整個程序會包括16次化學推進器點火,並持續至2027年3月。
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- 2026年12月9日:Mio從MPO分離,轉往自己的高橢圓軌道,研究水星的磁場及周邊太空環境。
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- 2026年12月:Mio遮陽罩MOSIF在完成保護任務後拋離,讓Mio可以按計劃進入自己的工作配置。
- 2027年3月:MPO預計完成最後的軌道塑形及降低高度操作,抵達計劃中的科學軌道。
- 2027年4月:MPO及Mio預計開始協調進行常規科學觀測。
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這些步驟環環相扣。MTM若太早分離、飛船進入不正確的軌道,或者Mio在錯誤時間釋放,都可能影響兩部軌道器抵達指定科學軌道的能力。
水星表面二氧化矽少了,點解值得關注?
近期實驗室研究及觀測數據分析估計,二氧化矽(SiO₂)約佔水星表面質量的37%,比過往估算最多低25%。
二氧化矽含量是研究水星地殼來源的重要線索。較低的比例,可能符合由更大程度部分熔融形成的火山岩;換句話說,部分水星火山物質或許源自比過往認為更深、更熱的地函熔融,反映水星早期曾經歷更強烈的火山活動。
但這仍然是一種科學解讀,並非已經完成的水星內部結構重建。水星不同地區的表面成分可能有差異,而從地球進行的觀測亦有局限。真正關鍵的問題是:較低的二氧化矽含量究竟遍布整個水星,還是只出現在部分地形,又或者受到早期測量誤差影響?
BepiColombo可以點樣驗證?
MPO會從表面、地質、內部結構及地形等方面研究水星。它取得的元素分布資料,可以與火山平原、地殼厚度、重力變化及地質歷史互相對照,從而判斷低二氧化矽含量是否普遍存在。
Mio則主要研究水星磁場,以及圍繞水星的磁層、電漿和外逸層環境。
5這些數據雖然不是直接量度地殼成分,但可提供水星周邊太空環境的背景,協助研究人員理解表面物質與太空環境之間的關係。
兩部軌道器合起來,可能會支持「更深、更熱的地函熔融」這個解釋,也可能令現有說法變得更複雜。任務或許會發現低二氧化矽含量在全球都相當普遍、確認不同地區有明顯化學差異,或者證實部分差距源自過往觀測能力的限制。
分離的真正意義:由運輸轉入精密探測
9月3日的MTM分離,表面上似乎只是飛船「丟掉一個模組」,實際上卻是整個任務的關鍵轉折點。
過去8年,BepiColombo的首要任務是以盡量節省能量的方式抵達水星附近;由9月開始,重點則變成精準完成軌道插入、分開兩部科學軌道器、拋離保護設備,並建立適合長期觀測的指定軌道。
如果這套程序順利完成,BepiColombo將有機會以前所未有的完整程度,研究水星的表面、內部、磁場及地質歷史。9月3日的分離,就是這場歷時多年、亦最考驗任務團隊的最後階段,首次清晰可見的起點。