2025年10月，在火星轨道上运行的中国探测器天问一号完成了一项非凡的壮举，在星际彗星3I/ATLAS于2025年10月靠近火星时拍摄到了它的详细图像。这次行动在距离约3000万公里的地方进行，这是首次从火星轨道观测到太阳系外的天体。这一历史性事件为国际科学界提供了宝贵的数据，国际科学界动员起来研究这位罕见访客的构成和轨迹。
继 2017 年的“Oumuamua”和 2019 年的 2I/Borisov 彗星之后，3I/ATLAS 彗星是第三颗被确认的星际起源天体。它于 2025 年 7 月 1 日由智利的 ATLAS 望远镜发现，其双曲线轨迹证实它不属于我们的太阳系。中国科学家于9月重新校准了天问一号的仪器以追踪这颗彗星，该彗星于当年10月29日到达近日点，即距离太阳最近的点。
这次观察并不是一次孤立的努力。世界各地的航天机构已协调各自的任务，以最大限度地收集有关 3I/ATLAS 的数据。欧洲航天局（ESA）和美国宇航局已经重新调整了自己的火星轨道探测器，甚至火星表面的漫游车，以同时观测这颗彗星。这种合作实现了数据三角测量，显着改进了有关天体轨迹和化学成分的模型，为另一个恒星系统中形成的天体提供了前所未有的视角。
捕获的技术细节
天问一号的高分辨率相机（HiRIC）是此次观测作业的核心仪器。尽管它主要是为了绘制行星表面的微小细节而设计的，但其技术已成功适应于在黑暗的太空背景下跟踪小型、光线昏暗、快速移动的目标。设备的灵活性展示了中国航天工程在机会主义和高度科学复杂的任务方面的先进能力。
为了确保捕获成功，地面工程团队进行了广泛的模拟。目标是优化相机的曝光时间，使其保持足够短，以避免探测器的轨道速度和彗星的快速位移造成的模糊。原始数据被传输到北京的控制中心，那里的专用处理系统生成 30 秒的图像序列，这些图像序列组合起来揭示了 3I/ATLAS 的运动和特征。
图像中揭示的特征
中国国家航天局（CNSA）发布的照片显示，3I/ATLAS 的岩石和冰核核心被彗发、气体和尘埃云包围。彗发的直径延伸了数千公里，清楚地表明了强烈的彗星活动，太阳的热量使彗核表面的冰升华。该物体本身宽约 5.6 公里，相对于太阳以每秒 58 公里的速度运行，令人印象深刻。
在 8 月份进行的观测中，这颗彗星的尾巴最初很微弱，后来增长到了 56,000 公里的长度，指向远离太阳的方向，正如根据太阳辐射压力所预测的那样。数据的初步光谱分析表明存在水冰和二氧化碳，一氧化碳信号较弱。这种成分表明，这颗彗星是在一个寒冷的原行星盘中形成的，可能是在银河系的遥远区域。
高级任务准备
这次大胆观测的计划于 2025 年 9 月开始，就在彗星的轨道得到确认后不久。天问一号团队根据最新的轨道预测进行计算，考虑到3I/ATLAS的极限速度和相对暗淡的亮度，以确定最佳观测窗口。准确性是关键，因为任何错误的计算都可能导致目标完全丢失。
我们进行了严格的遥测测试，以确保高分辨率图像的传输完美无缺，即使跨越火星和地球之间的遥远距离。对短曝光的关注是一种有意的策略，旨在最大限度地提高信噪比，捕捉尽可能多的彗星光线而不饱和或丢失细节。原始任务的这次扩展测试了探测器天体跟踪能力的极限。
获得的结果验证了将在未来任务（例如天问二号）中使用的探测协议。这次行动还提供了自主导航方面的宝贵经验，因为探测器需要实时微调以将彗星保持在其视野内。天问一号各子系统的优化集成，实现了飞越过程中数据的敏捷处理。
对分析的总体贡献
3I/ATLAS 观测活动是国际科学合作的一个例子。欧空局的探测器，如火星快车和 ExoMars 微量气体轨道器 (TGO)，也在同一时期记录了这颗彗星。欧洲从不同角度和不同仪器获得的数据补充了中国的观察结果，提供了对这一现象的更全面的看法。
NASA 也积极参与，利用火星勘测轨道器 (MRO) 的 HiRISE 相机获取非常高分辨率的图像。 10 月 4 日，像毅力号这样的地面漫游车被指示尝试对火星土壤进行视觉探测，这是一项前所未有的技术挑战。阿拉伯联合酋长国的希望探测器和美国宇航局的 MAVEN 提供了光谱仪的数据，帮助完善对自转轴方向和作用在彗星上的非重力的估计。
天问一号火星任务的历史
天问一号任务于2020年7月发射，并于2021年2月成功进入火星轨道，标志着中国航天事业向前迈出了里程碑式的一步。这次任务由轨道飞行器、着陆器和祝融号火星车组成，于当年五月降落在乌托邦平原的广阔平原上。火星车运行了大约一个地球年，超出了预期，并收集了有关当地地质和大气的重要数据。
当“祝融”探索地表时，轨道飞行器继续使用 HiRIC 相机和其他仪器绘制行星地图。其主要任务包括极地冰盖研究、大气尘埃分析和寻找地下水沉积物。重新引导轨道飞行器以观察星际目标的能力证明了该平台的多功能性和稳健性，将任务范围扩展到火星的独家研究之外。
更深入探索的进展
3I/ATLAS 的成功观测为中国计划于 2025 年 5 月发射的下一个主要行星际任务天问二号提供了关键的技术验证。天问二号的主要目标是从近地小行星收集样本，随后研究主带彗星。在 3I/ATLAS 观测期间改进的跟踪小目标和长时间曝光期间热控制的技术将直接应用于这项未来雄心勃勃的样本返回任务。研究结果还有助于验证星际环境中彗星活动的理论模型，并且与 NASA 的 STEREO 和 SOHO 等太阳观测站的数据相结合，可以精确细化这些物体的双曲轨迹。因此，3I/ATLAS 不仅仅是一个天体奇观，而且还是一个遥远恒星系统的时间胶囊，为银河系其他部分的行星形成提供了线索。
