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最近出现了一个有趣的任务：用一条纤细的、数公里长的绳索将两颗卫星相连接，科学家们就从而可以更好地理解月球是如何形成那些神秘“纹身”的——月球上那一百多处明暗相间的螺旋图案（lunar swirls）。
NASA的行星科学深空小卫星研究项目（Planetary Science Deep Space SmallSat Studies，PSDS3），最近正在位于马里兰州格兰贝尔特的戈达德空间飞行中心组建一个团队，以进一步发展这个被称为“月球漩涡上空大气双卫星观测（Bi-sat Observations of the Lunar Atmosphere）”的计划，该计划又被叫做BOLAS。该计划是由戈达德的首席研究员蒂莫西·斯塔布斯（Timothy Stubbs）领导的，“这将是有史以来第一次用被绳子连起来的行星卫星进行的任务。”斯塔布斯说。
对于那些希望研究月球上怪异且大气稀薄的环境的科学家们来说，卫星的轨道越低越好。
“对于探索缺乏大气层的类行星天体，像这样使用绳索是一个非常有创意的途径，可以实现利用最少的燃料实现低轨道测量。”科利尔说，同时补充道，“一个卫星并不能携带足够的燃料来供给它进行周期性地维护以维持它的轨道。”
这是由于月球的表面聚集着大量的物质。这些高密度物质改变了引力场，这一效应要么将飞行器拉下来，要么就会将其推离原轨道，使得它们在一次剧烈的碰撞中走向灭亡。
如果没有这个绳索系统，一个相当的低轨道任务将要需求大量的燃料来维持它的轨道。比如说，NASA的月球勘测轨道飞行器(Lunar Reconnaissance Orbiter, LRO)在其任务早期位于距离月表31英里高的轨道，如果NASA没有进行推进维护来维持它的轨道，它应该早就坠毁在月球表面了。
“绳子上的张力将会使这两颗卫星的连线完全垂直于它们的轨道，”斯塔布斯说，“这种结构 ，可以使得两颗卫星的质心位于近稳定轨道，应该尽量让下面的卫星得以在较低的海拔高度上进行长期飞行。”
该画家的作品展示了这两颗被公里长的绳子连起来的卫星，将会进行对月球的测量。
Credits: NASA
根据最新的设想，这次任务将使用两颗12-unit的立方体卫星（CubeSat），分别具有四英寸的边长。当这一对卫星到达了位于月球表面上方约62英里的近稳定、低损耗轨道后，这两颗由一根112英里长的绳子连接起来的卫星将会分离。上方的卫星将爬升到距离月球表面118英里的高度，而下面那个一模一样的卫星则会下降到距离月表仅6英里的高度。小体积的卫星，包括立方体卫星（CubeSats），正在NASA的太空探索、技术验证、科学研究、教育调研等等领域发挥日益重大的作用，例如：行星太空探索、地球观测、基础地球和空间科学、发展先驱科学仪器（如尖端激光通信、卫星间通讯和卫星自主运动能力）等等。
立方体卫星（CubeSat）的样子
Credits：NASA
“这是一个激动人心的概念，”BOLAS的合作研究员迈克尔·科利尔（Michael Collier）说（他从2015年就开始研究这个以绳子为基础的任务该如何收集那些难以获得的月球测量信息）：“坦率地讲，我认为这是具有开创性的，拴起来的卫星是一个探索月球科学的非常自然的途径。”
这两颗卫星配备了几乎相同的微型仪器，包括分光计和成像仪，这一对双胞胎卫星将从低海拔和高海拔同时分析月球的氢循环。在BOLAS项目众多科学家和合作者的努力下，这些仪器都已经非常先进。“你可以用这套仪器做很多研究，”斯塔布斯说。他同时还说到，这个团队计划使用肯塔基摩尔州立大学（Kentucky’s Morehead State University）开发的子系统，这个大学也曾领导了NASA的月球冰立方任务（Lunar IceCube mission），这个任务利用了其六个月的在轨时长来勘探月球上的水以及其他挥发物的情况。
BOLAS计划在轨一年，在这一年间，BOLAS上的仪器将描绘出月球表面的氢注入机制，以及这些机制与月球的成分、风化层、地形、等离子体条件、一天的不同时刻以及月球地壳磁场的关系。
这项任务的一个主要目标就是了解月球漩涡的形成——月球上明暗不一的奇特斑纹图案——以及磁力异常和天气变化对其形成的影响。
月球漩涡结构，例如这张由NASA的LRO拍摄的Reiner-Gamma漩涡，是概念上的CubeSat任务所要研究的月球表面的奇特图案。
Credits: NASA
观测表明，当古地磁场被嵌入月壳时，漩涡结构就会出现。另外，表面明亮的区域似乎比周围更少地暴露在空气中——由于包括太阳风和微流星体在内的现象，物质暴露在空间中从而发生同时物理和化学上的改变，经过一段时间会变得黯淡。
这些线索引出了三种关于月球漩涡结构形成的重要理论：
其中一种理论提出，漩涡结构和磁场均形成于彗星冲击带来的大量羽状物质；另一个则假设当微流星体的撞击扬起了月球表面的微尘颗粒时，漩涡上空存在的磁场根据微粒的磁化率对它们进行“分类”，形成了有不同组成的明暗不一的图案；第三项理论认为由于在百万米每小时的太阳风中的粒子是带电的，它们很可能受到磁场力的作用，也许磁场会屏蔽覆盖到的区域，使其不受太阳风的侵袭。
科学家们表示，来自NASA的LRO的观测说明磁屏蔽的假设具有可信度。然而，目前并没有一项理论能得到有效的证实。科利尔说到，除非科学家们实施的任务可以完成近地面的全球测量，否则不可能得出一个确切的答案。不过他相信，BOLAS双卫星项目将可以提供科学家们所需要的数据。“这可能是一次范式转移（指行事或思维方式的重大变化），”科利尔说，“所有的迹象都表明这项任务可由现有的技术完成。”
原文链接：https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/nasa-studies-tethered-cubesat-mission-to-study-lunar-swirls
作者：Lori Keesey
翻译：鲁瑞
校译：王晴
编排：王晴
责任编辑：解仁江
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What is a CubeSat?
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