想在彗星上找到冰的瑞士人

尼古拉斯·湯馬斯(Nicolas Thomas) swissinfo.ch

伯恩大學的兩位天文物理學家希望利用一種新型儀器，進一步揭開太陽系形成之謎。他們認為彗星灰塵層中可能存在的冰是解密的關鍵所在。

伯恩大學的一個小型實驗室裡一陣震顫，還傳出嘎嘎的聲響，這是研究人員正在對一台設備進行測試，這台設備以後將要被送往太空。

放在震動台上的是一台廢棄的家用電腦，科學研究人員們正在對它進行超極限測試。最後，用厚玻璃板搭成的空間中塑膠碎塊飛濺–電腦報廢了。

在隔壁房間中，尼古拉斯·湯馬斯(Nicolas Thomas)透過裝甲車玻璃製成的窗戶觀察著這一切。這位實驗物理學教授知道火箭發射時會對設備和人產生什麼樣的作用力。

2016年，湯瑪斯在俄羅斯拜科努爾(Baikonur)見證了他參與研發的卡西斯相機系統被火箭送入太空的整個過程。

「我當時站在距離發射場大約4、5公里的地方，天啊，那是怎樣一種經驗。當那東西升空時，我感到全身都在顫抖，我當時想，那個可憐的相機，它怎麼才能挺過這一關！ 」

但這還不是全部，在經過劇烈顛簸的發射之後，火箭進入真空，相機系統還必須承受住太空船與火箭分離時的衝擊，最終暴露在太空的強烈輻射之下。

現在，湯瑪斯與天文物理學博士生萊納斯·斯托克利(Linus Stöckli)一起開發出了一種新型儀器，兩人希望在彗星任務中能用上這部儀器。

他們希望用它來發現彗星地表下的水冰，因為透過了解冰和土聚集狀況，可以解密太陽系形成的奧秘。

湯瑪斯說：「對彗星表面，至少是實際表層以下幾公分之處進行檢測，能讓我們有機會加深對太陽系形成過程的了解。

湯瑪斯說：「因為彗星很可能是太陽系形成過程中的殘留物，因此我們可以透過了解彗星來了解太陽系剛形成時的情況。分析水冰可以讓人了解到太陽系形成初期泥土與冰是如何混合在一起的。」

萊納斯·斯托克利(Linus Stöckli)在測試儀前。 swissinfo.ch

2014年11月，伯恩大學參與的歐洲太空總署「羅塞塔」任務證明，太空探測器是能夠在彗星上著陸的。當時著陸器在一顆名為67P/楚留莫夫－格拉希門克(67P/Churyumov-Gerasimenko)的彗星凹凸不平的表面上安全著陸。

儀器如何運作

現在，斯托克利向我們展示了實驗室裡一台像洗衣機一樣的儀器，他用一個光譜儀對儀器的內部進行測量。

在這裡，他嘗試對真空中的各種塵冰混合物進行分析，並檢驗冰和土是如何結合在一起的。

萊納斯·斯托克利(Linus Stöckli)在測試儀前。

那麼斯托克利能否在測量中區分出土和冰？他說：「如果可以做到，我們將製造一種新儀器，把它送到太空。」

普通的光譜儀並不適用，因此這兩位天文物理學家必須製造出一個盡可能小巧且非常結實的儀器，令其可以被安裝在著陸器上，並能適應太空中的各種條件。

伯恩研究人員使用的儀器是一個太赫茲光譜儀(Terahertz-Spektrometrie)。迄今為止，這項技術已被用於機場安檢和皮膚檢查。

這個儀器尚未被用於太空任務，這個想法來自湯馬斯的一位雷射物理專業的同事。

湯瑪斯說，太赫茲光譜學涉及一個新的波長範圍，只能透過新技術的發展才得以應用。

研究人員希望在不久的將來在實驗中運用天線發射光子，這些光子要麼會被反射回來(這是一種更容易操作的方法)；要麼會通過樣本發送。

反射到接收器的數據最終將提供彗星表面下幾厘米的成分資訊。

德國明斯特大學行星學家、熱物理學和彗星專家卡斯坦·賈特勒(Carsten Güttler)說，掌握這一層面的內部構造有可能進一步了解太陽系早期階段的資訊。

他知道這個項目，但沒有參與其中。賈特勒認為伯恩大學的這個計畫「特別有潛力，我從不知道在彗星研究領域可以用上這樣的儀器。」

介於雷達和紅外線之間的太赫茲波長已經在彗星上使用過。

雖然雷達能更好地穿透表面，但反射波的像素解析度較低；而紅外線雖然解析度高，但穿透地表下層的深度不夠。

聯邦政府和歐洲太空總署的資助

湯瑪斯也強調，這是一項新的太空技術。「所以這也是航天機構對這個項目感興趣的原因之一。」

他一直認為，開發新儀器，並嘗試進行新的測量，以了解行星表面的情況是他探索太空工作的一部分。

而在實驗室中進行的、可能長達數年的測量必須要得到明確的結果。

博士生斯托克利說：「如果想在太空探測器上安裝這樣一個設備，必須考慮到所有可能發生的意外情況。

例如用了不適合的元件，就會使測量結果失真，而一旦儀器被送到太空，就無法修正了。

瑞士國家教育、研究和創新秘書處(SBFI)為該計畫提供了130萬瑞郎資金，為期三年；而歐洲太空總署(ESA)則為初始階段提供了9萬歐元的資助。

擁有豐富經驗

湯馬斯已經參與開發了幾種目前在太空中工作的設備。他自豪地向我們展示卡西斯火星相​​機每15分鐘透過位於達姆施塔特(Darmstadt )的歐洲太空運行中心向他的手機發送的資料。

教授承認自己痴迷於數據，「當我看到自己研製的儀器首次傳出數據時，我真的會特別激動。」

湯瑪斯估計，該儀器有可能在2040年前後的太空任務中派上用場，那時，這位教授已經退休十多年了。

「整件事中最困難的因素，是你研發出來的東西，你自己可能永遠看不到。」但科學進程就是一個緩慢的過程，這也是這份工作的一部分。

能夠參與到建立未來的工作中，對湯瑪斯來說是一種激勵。該儀器可能加強瑞士在國際航太界的地位。湯瑪斯說，瑞士在這一領域領先是件好事。

這也會提高知名度，例如在美國國家航空暨太空總署(NASA)面前提高知名度，美國國家航空暨太空總署非常有興趣與瑞士合作。「到時候，我們可以在儀器上插上瑞士國旗，然後說：『這是我們製造出來的。』」

(編者：Sabrina Weiss，編譯自德文：楊煦冬/gj，繁體校對：方常均)