新視野下的冥王星

謝懿（南京大學(xué)副教授、天文學(xué)博士）

新視野下的冥王星

謝懿（南京大學(xué)副教授、天文學(xué)博士）

矮行星、行星、冰質(zhì)天體：無論你怎么稱呼，它一直是太陽系中最神秘也最令人著迷的未知星球之一。在被發(fā)現(xiàn)超過80年之后，我們終于有了一些線索。

冥王星是一個(gè)為神秘所籠罩的天體。當(dāng)然，還有爭(zhēng)議。當(dāng)新視野探測(cè)器于2006年1月19日發(fā)射時(shí)，它仍被冠以太陽系第九顆行星的頭銜。然而，在同年8月一切都發(fā)生了改變，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)通過決議把它降級(jí)成了一顆矮行星。

“新視野”任務(wù)的首席科學(xué)家艾倫·斯特恩對(duì)此的不安完全可以理解。他一直致力于推動(dòng)前往探測(cè)冥王星的空間任務(wù)，但冥王星的降級(jí)絲毫沒有減弱科學(xué)家們對(duì)這一任務(wù)的熱情。冥王星由已故美國(guó)天文學(xué)家克萊德·湯博于1930年發(fā)現(xiàn)。為了紀(jì)念這一發(fā)現(xiàn)，“新視野”上攜帶了一些他的骨灰。

我們對(duì)冥王星的認(rèn)識(shí)非常有限。冥王星的直徑約為月球的2/3，位于太陽系外圍的柯伊伯帶中，繞太陽公轉(zhuǎn)一周需要248年。在柯伊伯帶里充滿了成千上萬個(gè)小型冰質(zhì)天體，它們被認(rèn)為是早期太陽系的遺存。因此，對(duì)冥王星的探訪其實(shí)代表了一次對(duì)這一類罕見天體進(jìn)行研究的難得機(jī)會(huì)，因?yàn)樗鼈兏揪筒粫?huì)運(yùn)動(dòng)到地球附近。冥王星有一個(gè)由氮組成的稀薄大氣層，而凍結(jié)的甲烷和氮?jiǎng)t會(huì)在表面形成霜。在繞太陽公轉(zhuǎn)的過程中，它的表面和大氣會(huì)反復(fù)地融化和封凍。

當(dāng)然，仍有更多的未知。它的表面看上去會(huì)是什么樣子？它是像木衛(wèi)二一樣的平坦，還是像土衛(wèi)二那樣崎嶇？它有那些獨(dú)有的特征？它是如何與其衛(wèi)星，例如冥衛(wèi)一，相互作用的？“新視野”已經(jīng)或正在揭曉這些問題的回答。

“新視野”任務(wù)的成形歷經(jīng)了許多年。一開始曾考慮派遣“旅行者”1號(hào)在20世紀(jì)80年代末飛掠冥王星。但是，該任務(wù)被認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)過高。直到2001年11月“新視野”才被選中前往冥王星。在此之前還從未有人認(rèn)真思考過這么遙遠(yuǎn)的飛掠任務(wù)，更不用說去嘗試了。

最大的技術(shù)挑戰(zhàn)就是設(shè)計(jì)一個(gè)能可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)近10年的航天器，然后它還要能自主且完美地完成探測(cè)任務(wù)。因?yàn)樵谮ね跣堑木嚯x上，無線電通訊信號(hào)往返需要8個(gè)多小時(shí)的時(shí)間。所以，“新視野”必須在沒有地面控制人員幫助的情況下應(yīng)對(duì)在飛掠冥王星的過程中所遇到的任何問題。

為了在可承受的時(shí)間下抵達(dá)冥王星，這次發(fā)射必須達(dá)到人類歷史上最快的速度。到離開地球大氣層時(shí)，“新視野”的時(shí)速達(dá)到了58 536千米，是噴氣飛機(jī)的100倍。它僅用了短短9個(gè)小時(shí)便飛過了月亮，而同樣的旅程“阿波羅”任務(wù)要花3天。發(fā)射后13個(gè)月，它就抵達(dá)了木星。利用木星的引力助推，它進(jìn)一步加速去往冥王星。

“新視野”與冥王星相遇從2015年年初開始，會(huì)持續(xù)約200天。這包括約170天的進(jìn)近階段，兩者的距離會(huì)縮小到只有10 000千米，然后是30天的飛離階段。不過，要把它所收集的數(shù)據(jù)都發(fā)回地球需要4～9個(gè)月的時(shí)間，因?yàn)椤靶乱曇啊钡臄?shù)據(jù)傳輸率只有每秒1 000比特。今天，普通的寬帶連接要比這至少快2 000倍，由此你就會(huì)明白它回發(fā)一張圖像是多么不容易的一件事情了！

無論結(jié)果如何，“新視野”都有望成為歷史上最不可思議的太空任務(wù)之一。當(dāng)冥王星的第一張照片被傳回地球的時(shí)候，毫無疑問它成為了全球媒體追逐的焦點(diǎn)，就像此前羅塞塔-菲萊任務(wù)登陸彗星一樣，只不過這一次的目標(biāo)要大得多。自冥王星被發(fā)現(xiàn)以來已過去了80多年，2015年我們終于看到了湯博所發(fā)現(xiàn)的這個(gè)星球究竟是個(gè)什么樣子。

[責(zé)任編輯：彥隱]