出品:科普中国
建造:haibaraemily
监制:中国科学院计较机收集信息中间
1997年7月18日,舒梅克佳耦在澳年夜利亚考查撞击坑的路上遭遇车祸,尤金不治身亡(1928年4月28日-1997年7月18日)。
90年前,尤金·舒梅克(Eugene Shoemaker)降生于美国加州洛杉矶。
他是一名伟年夜的天文学家,是行星科学这门新兴学科的开拓者和奠定人之一。
同时,他也是独一一个安葬在地球以外天体上的人类。
然而,这个将来天文学家的青少年时代,却和天文没有一点儿关系。
他本是一个为地质而生的人。
根正苗红的地质学家
从小学起头,尤金就对石头发生了稠密的乐趣,并且不止于乐趣。小学四年级他就起头加入黉舍和博物馆的地质培训,还提前进修了高中的地质相关课程。他对收集矿石很是沉迷,高一暑假还去当了宝石匠匠的学徒……
这种走火入魔的架势让作为教育工作者的爹妈很是忧虑:这孩子莫不是连年夜学都不想上了,去当个职业宝石匠匠吧!
并没有。
尤金不仅想上年夜学,并且仍是个有抱负有追求的学霸:非加州理工不去。
1944年,16岁的尤金如愿入读加州理工年夜学,从此,他开启了开挂的人生:他用人家一个本科的时候把本硕学位都搞心猿意马了,19岁年夜学结业,20岁硕士结业。他硕士的研究偏向是新墨西哥海说神聊部的前寒武纪变质岩。
如许的青年才俊,刚一结业就毫无悬念地进入了美国地质调查局(USGS),这是美国做地质考查和绘制各类地图的机构。当然,彼时刚20岁的尤金不会想到,此后终其平生他城市和这个机构有着割舍不竭的羁绊。
只不外,这么根正苗红的地质学布景身世,尤金本应该在地质学,或者更精确地说,在岩石学的路上发足疾走,怎么奔着奔着就当作天文学家了呢?
这件事乍看起来挺不成思议的,但细细想来,其实一步步又是那么天然而然。这一切还得从尤金的第一份工作说起。
从研究石头到研究陨石坑
1948年,美国地质调查局(USGS)分派给尤金的第一份工作,是让他去搜寻科罗拉多州和犹他州的铀矿。铀是一种放射性元素,也是列国制造核兵器的主要材料。
找铀的工作延续了好几年,其间尤金还起头在普林斯顿攻读博士学位,筹算继续研究变质岩石学老本行,然而这个打算没能实现…因为那时人们发现被侵蚀的火山口四周经常有含铀沉积物富集。
于是,他的店主年夜手一挥:你去研究一下火山过程吧。于是尤金只好收拾行囊,跑去了位于亚利桑那州海说神聊部的一个叫做Hopi Buttes的火山地带,在这里,他相逢了他的宿命之地——巴林杰陨石坑(Barringer Crater,也叫Meteor Crater)。
不外那时这个处所还不叫陨石坑,因为年夜大都人都不相信这是陨石撞击形当作的,究竟结果凭梦想象地球曾经被天外来客撞出那么年夜一个坑,这种说法一时挺难接管的,而把这些凹陷当做火山喷发的遗迹就轻易接管多了。
然而,学霸尤金对这个发源有争议的碗状凹地发生了庞大的乐趣,他操纵本身扎实的地质学和岩石学经验,以及超卓的绘画功底,对巴林杰陨石坑一带的地质环境和地层布局进行了具体的考查。
考查巴林杰陨石坑底部的尤金童鞋。来历:USGS
先感触感染一下他在1956-1958年间绘制的地质图:
巴林杰陨石坑周边的地质环境。来历:USGS陈述
跟着暗斗期间的需求从铀转移到另一种核反映元素钚,USGS又年夜手一挥,转而让尤金去研究内华达州的核爆破坑,而这份新工作给了他绝好的契机来将巴林杰陨石坑和和爆破坑进行对比。
他在前人工作的根本长进一步确认了巴林杰陨石坑和核爆发生的坑确实很是相似,也就是说,如许的碗状凹陷更像是猛烈的冲击感化由外而内引起的,而非火山喷发。
这是尤金童鞋绘制的巴林杰陨石坑剖面布局图,中心的竖线是钻孔采样的处所。来历:USGS陈述
这是尤金童鞋绘制的核爆发生的坑。来历:USGS陈述
在切身考查和几十年来科学家们对陨石坑发源的各类理论的根本上,尤金在1959年标的目的USGS提交了一份题为《巴林杰陨石坑的撞击机制》的陈述。
在这份陈述中,尤金认为巴林杰陨石坑并不是火山喷发造当作的,而是“一颗速度高达15千米/秒的陨石撞击地表形当作的”。
尤金在陈述中认为的巴林杰陨石坑形当作过程。来历:USGS陈述
固然从此刻看来,这个撞击机制另有不足之处,但在那时倒是开拓性的。
几乎在同时,尤金和别的两名地质学家在巴林杰陨石坑的岩石中初次发现了自然的柯石英(coesite),这是一种在高压下才可能形当作的二氧化硅形态,所以不太可能呈现在火山口,这一当作果颁发于1960年的《科学》杂志,尤金是第二作者。这一发现当作为了证实巴林杰陨石坑更可能是陨石撞击形当作的主要证据之一。
不外,这里我们要强调的是,以现代地质学的角度来看,无论是从形态、地质特征,仍是柯石英的发现,这些依然是鉴定地球陨石坑的主要参考,还有其他一些主要证据,那时尚未被提出。
总之,尤金以巴林杰陨石坑的地质研究为课题完当作了博士论文,于1960年获得了普林斯顿年夜学的博士学位。
从地球地质到月球地质
从少年时代起,尤金就对月球布满了憧憬。当20多岁的尤金在巴林杰陨石坑考查的无数个夜晚,他不止一次看着头上的月亮,想着月球上密密麻麻的凹陷可能和地球上的陨石坑一样,也是撞击形当作的。
后来我们都知道了,那些确实也都是陨石坑。
陨石坑密布的月球概况。来历:NASA
那时辰的尤金就坚信,月球概况和地球概况有良多相似之处,期待地质学家去摸索。是以,摸索月球毫不仅仅是宇航员和天文学家的工作,地质学家才能更好地揭开这个天体概况的奥秘。他但愿有一天能当作为宇航员,当作为亲自踏上月球的地盘,亲安闲月球长进行地质考查的人。
他并不仅仅是想想,1956-1972年,尤金为本身的月球梦做了四件事:
第一件,他开创性地用地质学理论和方式来研究月球上的地层布局。经由过程千里镜拍摄的月球概况照片,他阐发了月球哥白尼撞击坑的地层形当作时候,绘制了具体的地质地图,并以此重建了月球概况的地质汗青。而在这之前,人们都是经由过程物理或者天文的方式来研究月球汗青的。可以说,这是地质学融入天文学研究最早的测验考试之一,从此,地质学家从天文学家手平分走了行星地质学这一片六合。
第二件,他在美国地质调查局(USGS)建立了天文地质学中间(Astrogeology Science Center)并被录用为首席科学家。自此,USGS不再仅仅局限于地球,而是囊括了整个太阳系所有固态天体的地质学研究和地图绘制工作。至今,USGS仍是行星地质学范畴最主要最活跃的机构之一。
USGS天文地质学中间官网(https://astrogeology.usgs.gov/)
第三件,他深度介入了美国航空航天局(NASA)早期的两年夜探月项目:游马队号系列使命(Ranger)和测量者号(Surveyor)系列使命。那是人类对月球概况的细节几乎全无所闻的年月,为了拍摄到月球概况的高清照片,游马队7-9号选择经由过程撞击月球概况来“尽可能地接近月球”。
这些高清照片年夜年夜晋升了人类对月球概况状况的熟悉,在此根本上,测量者1号无人探测器实现了美国在月球概况的第一次软着陆(固然比苏联晚了4个月)。
(左)游马队7号传回的第一张月球概况高清照片;(右)测量者1号着陆器拍摄的月球概况。来历:NASA
第四件,他深度介入NASA的阿波罗登月打算,并负责培训阿波罗打算的宇航员。原本尤金本身也是有机遇登上月球的,然而这个胡想在1963年被打破了:尤金被诊断出患上了阿狄森氏症,这种病会影响患者的活动机能。
培训时代穿戴宇航服的尤金。来历:USGS
固然不克不及切身踏上月球的地盘,但尤金“让地质学家探测月球”的愿望并没有遏制。这个登月梦最终由另一位地质学家哈里森·施密特代为实现了。事实上,哈里森·施密特也是登上月球的12名宇航员中独一一名科学家。
1972年,哈里森·施密特和别的两名宇航员一同,乘阿波罗17号踏上了月球概况,并完当作了包罗月球岩石采样在内的多项月面尝试使命。
正在采集月球岩石样本的哈里森·施密特。来历:NASA
尤金所做的这一切,让地质学从此当作为行星探测中不成贫乏的主要学科,也让NASA和USGS自此成立起了慎密的合作关系。
事实上,尤金对月球的热忱一向持续到他的职业生活生计晚期,1994年NASA发射的克莱门汀号月球探测器的研究团队中也有尤金的身影。
从月球到太阳系更远的处所
1969年,41岁的尤金回到母校加州理工担任地质学传授,同时还兼任USGS的职务。
在对地球和月球陨石坑深切研究之后,尤金的好奇心天然而然地转标的目的了太阳系中那些“陨石坑的闯祸者们”——小行星和彗星。
于是他的方针又一步一步从离地球比来的近地小行星,慢慢拓展到木星和土星的卫星,然后又拓展到彗星。
太阳系各天体的位置关系,没有按照比例。来历:维基
最起头的几年,他用加州帕洛马山天文台的0.46米口径施密特千里镜搜寻近地小行星的一个分支——阿波罗族(Apollo)小行星(近地小行星是一类轨道和我们所熟知的小行星带有交叉的一类小行星)。
小行星带(位于火星和木星之间)和近地小行星(Apollo、Aten和Amor族)的位置。来历:维基
不久,观光者号发射,当1979-1981年间观光者1号和2号先后飞掠木星和土星系统,传回了年夜量木土星卫星概况的照片时,尤金又当作为最早深切研究木卫一的火山、木卫三、木卫四以及土星几个本家儿要卫星概况的陨石坑形态和统计分布的行星地质学家之一。
左:观光者号拍摄的木卫一上的火山;右:观光者号拍摄的木卫四概况因为陨石撞击形当作的庞大多环盆地。NASA
1980年,当尤金起头搜寻彗星的时辰,他后半生最主要的工作伙伴呈现了,事实上她已经来到尤金身边多时——那就是尤金的老婆卡罗琳。
尤金与卡罗琳了解于1950年,作为加州理工期间室友的伴郎,尤金熟悉了新郎的妹妹卡罗琳,那年尤金22岁,卡罗琳21岁。
卡罗琳是尺度的“文科妹子”,有汗青、政治和文学的本硕学位。从小她不仅对理科没有任何乐趣,并且感觉地质这种工具的确不克不及更无聊了……然而,多年后的卡罗琳在回忆这段旧事时暗示:“听尤金讲地质让我发现本来地质学是一门这么有趣和冲动人心的学科!”
两人在维持了一年笔友关系之后成婚,婚后生育了两女一子,卡罗琳当作为家庭本家儿配偶。
然而,当三个孩子陆续长年夜当作人分开家之后,卡罗琳不想再做家庭本家儿配偶了。为了缓解“空巢综合征”,51岁的卡罗琳起头进修天文学并和尤金一路搜寻小行星和彗星。
年夜器晚当作的卡罗琳最终当作为了一名伟年夜的职业天文学家,她平生介入发现了32颗彗星,800多颗小行星。
尤金和卡罗琳一向配合工作到尤金归天。
他们活当作了恋爱最夸姣的样子:联袂风雨,死生良知。
而彼时,他们即将配合迎来平生中最闪烁的时刻。
尤金和卡罗琳在帕洛马山天文台。来历:USGS
舒梅克-列文9号彗星!
1993年3月24日,舒梅克佳耦和年夜卫·列文一同在帕洛马山天文台不雅测到了木星四周一些奇异的碎片。
随后的轨道计较显示,这些碎片都是统一颗彗星被木星庞大的潮汐感化扯破的碎片,这颗彗星以三位发现者的姓氏定名为舒梅克-列文9号彗星。
国际天文学结合会(IAU)公报对这颗彗星发现的公示,卡罗琳是第一发现者。来历:IAU
计较成果还显示:这些碎片将在1994年7月16日-24日之间陆续撞标的目的木星!
来历:Hubblesite
哈勃千里镜于1994年5月17日拍摄的舒梅克-列文9号彗星的碎片,最年夜的一颗直径约有2千米。21块碎片像一串珍珠一样连当作一线。两个月后,这些碎片依次撞标的目的木星。
这是人类第一次亲眼目睹小天体(小行星和彗星等)撞上年夜天体的样子,也让人类从直不雅上相信确实会有陨石撞上行星如许的事发生,而且这种撞击在整个太阳系天体概况的塑造过程中都起了至关主要的感化。
此次彗木相撞是全宿世界天文快乐喜爱者的一场嘉会,也是无数孩子最早的天文发蒙。
人类被撞击发生的庞大威力深深震撼:碎片中最年夜的一枚(编号为G,直径约2千米)在木星概况撞出了一个直径跨越12000千米的“疤痕”,比地球还要年夜。
彗木撞击在那时的木星概况留下的“疤痕”(红色箭头处)。来历:NASA
死别:君埋月上尘销骨,我寄人世雪
1993年,尤金正式退休,但他依然并没有遏制科学研究和摸索。
1997年头,海尔·波普彗星回归,这是是舒梅克佳耦最后一颗配合不雅测的彗星。
同年7月18日,舒梅克佳耦在澳年夜利亚考查撞击坑的路上遭遇车祸,尤金不治身亡。
卡罗琳在车祸重伤后生还,一向工作到退休。
为了纪念尤金,澳年夜利亚的舒梅克陨石坑、小行星舒梅克星,还有NASA于1996年发射的汇合-舒梅克号探测器都是以尤金的姓氏定名的。
(左)澳年夜利亚舒梅克陨石坑;(右)汇合-舒梅克号和它探测的小行星(爱神星和梅西尔德星)示意图。维基
但最动听的纪念仍是1998年1月7日NASA发射的月球探勘者号探测器,这颗探测器携带了一些尤金的骨灰来到了月球。
月球探勘者号的本家儿要方针之一,是在月球极区寻找水冰。极区的陨石坑作为自然的樊篱,使得坑内有些处所永远不克不及被阳光照射到,这些处所被称为“永远暗影区”,这些永远暗影区里很可能就有水冰存在。
是以,当使命将近竣事时,这颗探测器撞在了南极一个直径50千米的陨石坑内坠毁,目标是想看看会不会不雅察到水冰气化发生的羽流。
于是,尤金的一部门骨灰就这么永远安葬在了月球南极,和月球的地盘融为一体。
2001年,这个陨石坑被定名为舒梅克陨石坑,如一块墓标一样。
他当作为独一一个安葬在地球以外天体上的人。
至此,尤金终于实现了少年时的登月梦。
月球南极的舒梅克陨石坑(红色箭头)。来历:维基
而卡罗琳在不雅看了月球探勘者号发射之后暗示:
“我想,尤金绝对不会想到,他的骨灰会被送到月球上。他绝对会欣喜若狂的!”
“今后每当我昂首看月亮,就会想到,尤金就在那边。”
除了舒梅克的骨灰,这颗探测器还携带了舒梅克的平生最夸姣的回忆:巴林杰陨石坑和海尔·波普彗星的照片。还有一段为他的平生聚光的诗句,如斯恰切,仿佛莎翁不是为忖量罗密欧的朱丽叶,而是为纪念他的宿世人而写。
And, when he shall die
Take him and cut him out in little stars
And he will make the face of heaven so fine
That all the world will be in love with night
And pay no worship to the garish sun.
等他死了今后,
你再把他带去,分离当作无数的星星,
把天空装饰得如斯斑斓,
使全宿世界都爱情着黑夜,
不再崇敬炫目标太阳。
——莎士比亚《罗密欧与朱丽叶》朱生豪译本
参考文献
·尤金·舒梅克列传 http://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/shoemaker-eugene.pdf
·https://astrogeology.usgs.gov/people/carolyn-shoemaker
·Shoemaker, E. M.(1959).Impact mechanics at Meteor crater, Arizona(No. 59-108).US Geological Survey.
·Chao, E. C.,Shoemaker, E. M., & Madsen, B. M. (1960). First natural occurrence of coesite.Science,132(3421), 220-222.
·Shoemaker, E. M., & Hackman, R. J. (1962). Stratigraphic basis for a lunar time scale.InThe Moon(Vol. 14, pp. 289-300).
·Shoemaker, E. M., Batson, R. M., Holt, H. E., Morris, E. C., Rennilson, J. J., & Whitaker, E. A. (1967). Surveyor V: television pictures.Science,158(3801), 642-652.
·Smith, B. A.,Shoemaker, E. M., Kieffer, S. W., & Cook, A. F. (1979). The role of SO2 in volcanism on Io.Nature,280(5725), 738-743.
·Shoemaker, E. M., Lucchitta, B. K., Wilhelms, D. E., Plescia, J. B., & Squyres, S. W. (1982). The geology of Ganymede.InSatellites of Jupiter(pp. 435-520).
·Passey, Q. R., &Shoemaker, E. M.(1982). Craters and basins on Ganymede and Callisto-Morphological indicators of crustal evolution.InSatellites of Jupiter(pp. 379-434).
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