从红色星球拍摄到罕见的宇宙访客
中国“天问一号”探测器目前正在火星轨道运行，它成功拍摄到彗星3I/ATLAS的清晰图像，标志着深空探测取得一项重要进展。这颗罕见天体来自太阳系之外。此次观测于2025年10月初进行，是人类首次从火星轨道拍摄到星际“访客”，展现了监测遥远且动态变化天体的能力取得显著进步。中国轨道器观测时距这颗彗星约3000万公里，而彗星正以每秒58公里的惊人速度飞行。这项前所未有的观测为国际科学界提供了宝贵数据，助力研究在其他恒星系统中形成的天体的成分与轨迹。
中国国家航天局（CNSA）公布的图像清晰呈现了彗核和气体彗发，使科学家能够深入分析其结构。这项任务对“天问一号”的仪器能力进行了极限测试，这些仪器最初是为绘制火星表面地图而设计的。任务取得成功，证实探测器的硬件也能灵活用于追踪深空高速目标。高分辨率相机采集的数据由北京的地面应用系统接收、处理和呈现；专用算法对多次曝光的图像进行处理，生成清晰影像，随后向公众发布。
揭示遥远恒星系统的秘密
3I/ATLAS掠过火星，为科学家提供了独特的研究机会，其意义远不止拍下一张照片。星际天体被视为真正的宇宙时间胶囊，因为它们携带着关于其母恒星系统化学和物理条件的重要信息。分析彗星成分，可以揭示银河系其他区域的行星形成细节，为仅依据我们太阳系建立的理论模型提供实际参照。彗星释放的每个气体分子和尘埃碎片都带有遥远恒星环境的印记，让天文学家得以间接研究数光年之外的世界。
据CNSA介绍，3I/ATLAS可能形成于银河系中心附近的一颗古老恒星周围，估计已有约30亿至110亿年历史。这意味着它可能比太阳系本身还要古老。它是用于探测系外行星成分、演化过程和早期恒星历史的罕见样本。科学家推测，这颗彗星起源于寒冷的原行星盘。在这类遥远区域，水冰、二氧化碳和一氧化碳等挥发性物质可以保存数十亿年。对这些成分进行光谱分析，是确定彗星诞生地星云温度和密度的关键。了解这些条件，对于完善行星系统（包括我们的太阳系）如何随时间演化的理论至关重要。
第三个获确认的星际天体
彗星3I/ATLAS是天文学家发现的第三个获确认的星际访客，此前的两个分别是2017年掠过的“奥陌陌”和2019年经过的2I/鲍里索夫彗星。它于2025年7月由位于智利里奥乌尔塔多的ATLAS望远镜系统（小行星陆地撞击最后警报系统）发现。通过分析其轨迹，科学家迅速确认它来自太阳系之外。其轨迹呈双曲线，这是明确的数学特征，表明它来自行星系统之外。
与太阳系内彗星和小行星的椭圆轨道不同，双曲线轨迹意味着该天体速度足以摆脱太阳引力。短暂经过我们的宇宙邻域后，它将继续穿行于星际空间。这颗彗星于10月下旬到达距太阳最近的位置，距离约1.4个天文单位，即2.1亿公里，位于火星轨道以内。
前所未有的轨道工程操作
“天问一号”拍摄彗星3I/ATLAS，是一项需要周密且创新规划的工程壮举。探测器的高分辨率相机HiRIC原本用于以极高精度拍摄火星地貌。追踪一个微小、发光微弱、快速移动的目标，同时还要在漆黑的太空背景中将其捕捉，是性质截然不同的任务。为实现这一目标，地面任务团队需要从头制定新的观测策略。
《航天知识》杂志主编王亚男向《环球时报》介绍了这一成就的意义。他指出，“天问一号”原本用于火星探测，却能从火星轨道拍摄如此遥远的天体。这表明，发射用于探测行星的航天器，也可以成为观测更遥远天体的新平台。王亚男指出，轨道运行期间需要精确控制航天器姿态，可能还要进行多轴协同，才能让光学传感器准确对准极远处的目标，再重新调整方向。这是对轨道观测和姿态控制能力的全面考验。
准备工作包括对探测器的目标定位系统进行全面重新校准，并实施精确轨道机动，使设备对准彗星的预测轨迹。团队进行了大量模拟，以确定理想的曝光时间。曝光时间既要足够短，避免探测器与彗星相对运动造成图像模糊，又要足够长，以捕捉彗核和彗发反射的微弱光线。仪器的热稳定性也是关键因素，团队需要进行调整，确保镜头和传感器在观测窗口期间处于最佳温度范围内，而观测窗口仅持续几分钟。
克服极端技术挑战
由于距离遥远且体积很小，直径约5.6公里，拍摄3I/ATLAS尤其具有挑战性。此外，星际天体和轨道器各自的飞行速度也增加了难度。3I/ATLAS的速度约为每秒58公里，轨道器的相对速度则为每秒86公里。与此同时，HiRIC相机原本是为研究光照充足的火星表面特征而设计的。
据CNSA介绍，这是首次尝试拍摄如此遥远且相对昏暗的目标，其亮度比火星表面目标暗1万至10万倍。这项任务将高分辨率相机探测如此微弱目标的能力推向极限。作为对比，欧洲航天局的“火星快车”和“火星微量气体任务轨道器”也分别使用高分辨率立体相机和彩色与立体表面成像系统拍摄了图像，同样面临曝光时间和灵敏度方面的挑战。
彗星成分的初步线索
“天问一号”采集的光谱数据和初步图像，已为了解3I/ATLAS的性质提供了重要线索。照片显示，彗星核心致密且轮廓清晰，很可能由岩石和不同种类的冰混合构成。对其表面反射光的分析显示，其中可能含有带红色的有机尘埃，这是在远离母恒星的寒冷区域形成的天体常见的特征。不过，一篇于10月下旬发表的预印本论文指出，这颗彗星“看起来明显比太阳更蓝”，由此引发了关于其尘埃成分的科学谜题。
此外，其他任务搭载的光谱仪还探测到水冰和二氧化碳从表面升华的迹象，以及少量一氧化碳。这些发现证实了典型的彗星活动。这颗彗星呈现出多种明显的活跃迹象，例如出现罕见的反向彗尾以及不同寻常的化学组成。最近，这个天体似乎略微改变了轨道，可能还损失了大量质量。这些迹象表明，它是一颗正在释放气体的彗星，并因此发生了加速度变化。
国际合作
对3I/ATLAS的观测并非中国航天机构单独开展的行动。多国探测器在火星轨道运行，使协调观测成为可能，大幅提升了有关该天体的数据采集数量和质量。欧洲航天局（ESA）和美国国家航空航天局（NASA）也指挥各自的轨道器研究彗发的气体成分，并尝试获取分辨率更高的彗核图像。
伽利略计划负责人、哈佛大学天文学系前主任阿维·勒布指出，3I/ATLAS分辨率最高的图像由美国宇航局火星勘测轨道器搭载的HiRISE相机拍摄。该相机口径为50厘米，空间分辨率约为每像素30公里。在火星表面，“毅力号”和“好奇号”火星车也经过规划，尝试在火星天空中寻找并观测这颗彗星，从地面提供独特视角。
中国探测器的深空任务能力得到验证
对“天问一号”团队而言，成功追踪彗星是对探测器能力的一次严格检验，验证了其执行火星探测主要任务以外工作的能力。这次操作取得成功，展现了轨道器导航和姿态控制系统的灵活性与可靠性，也使其具备执行未来突发观测任务的能力。CNSA表示，观测暗弱天体的能力为开展有益的技术测试和积累经验提供了机会。
王亚男强调，在轨精确调整传感器，使其对准指定方向，是未来小行星探测任务必备的技能。他指出，中国航天事业始终坚持与国际社会分享成果。汇集主要航天国家的观测资源和信息，有助于人类更好地认识这一神秘天体。此次成功观测是“天问一号”任务的重要进展，可谓一次“意外收获”，对推动人类研究系外行星、拓展相关认知具有重要意义。
中国航天探索的下一步
“天问一号”任务于2020年7月发射，是中国航天探索史上的一个里程碑。探测器于2021年2月进入火星轨道，并于同年5月成功实现“祝融号”火星车着陆。目前，轨道器仍在开展绘图工作，不断扩展人类对这颗红色星球的科学认知。它已在火星轨道稳定运行四年多。
通过观测3I/ATLAS积累的经验，被认为对中国未来的任务，特别是“天问二号”任务极具价值。这项新任务于2025年5月发射，目标雄心勃勃，包括采集近地小行星样本并研究一颗主带彗星。为观测这颗星际访客而制定的方案，将直接应用于这些新的复杂深空探测任务。“天问一号”开展的技术测试，为“天问二号”即将进行的近距离探测所需的先进机动能力铺平了道路。
要点
- “天问一号”于2025年10月初在火星轨道拍摄到星际彗星3I/ATLAS。
- 这颗彗星是第三个获确认的星际天体，此前发现的两个分别是“奥陌陌”和2I/鲍里索夫彗星。
- 观测距离约为3000万公里。
- 这颗彗星的飞行速度为每秒58公里，相对于轨道器的速度为每秒86公里。
- 此次操作考验了HiRIC相机的极限；该相机原本用于拍摄光照充足的火星表面。
- 3I/ATLAS的估计年龄为30亿至110亿年。
- 相关数据为了解其他恒星系统的成分和行星形成过程提供线索。
- 此次成功有助于中国为“天问二号”小行星采样返回任务做准备。
- 多国火星轨道器和火星车协同观测了这一目标。
