2026年9月3日,BepiColombo預定分離水星轉移模組(Mercury Transfer Module,MTM)。這個動作看似只是「拋下」一個模組,實際上卻是整項任務的重要交接:MTM已完成以太陽能電力推進系統,帶著整艘探測器穿越內太陽系的任務;分離後,歐洲太空總署(ESA)的水星行星軌道器(MPO)與日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的Mio,將接手最艱難的抵達、入軌與部署工作。
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不過,9月3日不是BepiColombo正式進入水星軌道的日子。水星入軌程序預定於11月21日開始,之後還要經過多次推進器點火、軌道調整、探測器分離及防護設備拋棄,兩枚軌道器預計到2027年4月才展開例行科學運作。
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為什麼前往水星要花八年?
BepiColombo於2018年10月20日升空。它沒有採取直飛水星的方式,而是結合太陽能電力推進與一連串精心規劃的引力助推:包括一次地球飛越、兩次金星飛越,以及六次水星飛越。
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原因在於太陽的巨大引力。太空船向太陽內側移動時會不斷加速,因此「朝水星飛去」並不足以讓探測器順利停留在水星附近;它還必須持續降低繞日軌道能量,並將速度調整至足以被水星捕獲的程度。
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引力助推協助BepiColombo改變航向並降低相對能量,MTM上的低推力電力推進器則在很長時間內提供溫和而持續的加速與煞車效果。這條路線雖然耗時較久,卻能大幅降低傳統高推力飛行路線所需的燃料;ESA形容,整段巡航涉及超過一萬五千小時的高難度太陽能電力推進操作。
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推進系統曾遇到什麼問題?
2024年4月,BepiColombo出現電力相關問題,導致電力推進器無法以完整功率運作。任務團隊其後重新調整飛行軌道與操作方案,並未因此放棄任務。
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太陽能電力推進系統於2026年6月15日歐洲中部夏令時間15時24分完成最後一次推力段。這次關閉象徵長達八年的巡航階段告一段落,也為水星抵達階段揭開序幕。
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MTM分離後,MPO上的化學推進系統將支援後續抵達操作。此時留下的探測器仍要在水星附近極為嚴苛的環境中,依照精確時序完成一系列點火、分離與軌道調整。
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9月3日的分離究竟會發生什麼?
在預定操作中,MTM將與由MPO、Mio及Mio遮陽罩組成的複合體分離。MTM原本的任務,就是在前往水星的途中提供電力與電力推進;完成使命後,它不再需要繼續陪同兩枚科學軌道器。
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這次分離的重要性,在於它會讓MPO、Mio與遮陽罩進入水星抵達階段所需的配置,也正式啟動接下來一連串不能出錯的部署程序。ESA預定於歐洲中部夏令時間13時45分開始直播,讓公眾觀看這項歷經多年巡航後的首個重大抵達里程碑。
直播本身不會提升探測器的安全性,也不會直接產生科學數據;它的意義在於讓公眾看見一項關鍵、而且幾乎無法回頭的工程操作。從任務團隊的角度來看,這是BepiColombo由「運輸模式」轉入「精準行星操作模式」的分水嶺。
BepiColombo抵達水星的時間表
目前規劃的主要步驟如下:
- 2026年9月3日: MTM與MPO、Mio及Mio遮陽罩組成的複合體分離,正式展開水星抵達階段。
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- 2026年11月21日: 仍然連接在一起的MPO與Mio開始水星入軌程序。ESA規劃以16次化學推進器點火,持續調整軌道至2027年3月。
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- 2026年12月9日: Mio與MPO分離,開始前往自身的高橢圓軌道,研究水星磁場及周圍的磁層環境。
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- 2026年12月: Mio遮陽罩(MOSIF)在完成巡航及抵達期間的防護任務後拋棄。
- 2027年3月: MPO預計在最後一輪軌道塑形操作後,抵達規劃中的科學觀測軌道。
- 2027年4月: MPO與Mio預定開始協同進行例行科學觀測。
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每一個里程碑都建立在前一步成功之上。若MTM太早分離、入軌速度或軌道不正確,或Mio在不適當的時間點釋放,都可能影響兩枚探測器抵達各自科學軌道的能力。
水星表面「較少二氧化矽」為何重要?
近期的實驗室研究與觀測資料分析估計,二氧化矽(SiO₂)約佔水星表面質量的37%,比過去估計少最多25%。
這項結果可能改變科學家對水星地殼形成方式的理解。二氧化矽含量較低,可能符合由地函更大程度部分熔融所形成的火山岩;換句話說,部分水星火山物質或許源自比過去認為更深、更熱的地函熔融區域。
但這仍是一種待檢驗的解釋,而不是對水星內部結構的完整重建。水星表面不同地區的成分可能有所差異,從地球進行的觀測也存在限制。關鍵問題是:低二氧化矽含量究竟代表整顆水星,還是只反映特定地形,以及早期測量的不確定性?
BepiColombo如何驗證這個推論?
MPO與Mio將從不同角度處理這個問題。MPO搭載的儀器可研究水星表面成分、地質、內部結構與地形,並把元素含量與火山平原、地殼厚度、重力變化及行星地質歷史相互對照。
Mio則主要觀測水星磁場與周圍的太空環境,包括磁層、電漿及外逸層。這些資料能為MPO研究水星表面與內部時提供環境背景。
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兩枚軌道器的聯合觀測,可能支持、修正,甚至推翻「更深、更熱的地函熔融」這項解釋。它們或許會發現低二氧化矽含量遍布全球,也可能辨識出不同地區的化學差異,或顯示部分差距源於早期觀測方法的限制。無論結果如何,BepiColombo都能把這場討論從間接估算推向更直接、涵蓋全球的測量。
9月3日分離的真正意義
MTM分離不應被視為一次普通的太空船解體,而應理解為任務進入下一階段的正式訊號。
過去八年,BepiColombo的首要目標是以極高能源效率,把一組連接在一起的太空船送到水星附近。9月起,任務重心將完全改變:團隊必須完成水星入軌、分開兩枚科學軌道器、拋棄防護硬體,並建立長期觀測所需的特定軌道。
若這套環環相扣的程序順利完成,BepiColombo將更完整地揭示水星的表面、內部、磁場與地質歷史。9月3日的分離,正是這項歷時八年任務邁入最後、也是最考驗操作精度階段的第一個明顯標誌。