太陽(yáng)系探索的里程碑—“新視野”成功飛越冥王星

策劃/ 原民輝

執(zhí)行/ 龐之浩 黃志澄 盧 波 梁 巍 劉 豪 范嵬娜 朱魯青 陸 征 祁首冰 劉 佳 于 佳

太陽(yáng)系探索的里程碑—“新視野”成功飛越冥王星

New Horizons’ Pluto Fly by Marks Milestone for Solar System Exploration

策劃/ 原民輝

執(zhí)行/ 龐之浩 黃志澄 盧 波 梁 巍 劉 豪 范嵬娜 朱魯青 陸 征 祁首冰 劉 佳 于 佳

編者按：

經(jīng)過(guò)9.5年、4.8×109km的長(zhǎng)途跋涉，美國(guó)“新視野”（New Horizons）探測(cè)器于北京時(shí)間2015年7月14日19∶49飛越太陽(yáng)系最遠(yuǎn)的天體—冥王星（Pluto），最近距離約12472km，拍攝了太陽(yáng)系原九大行星最后一塊未開墾處女地的清晰照片，打開了人類的新視野，攀登上了太陽(yáng)系天體探索的珠峰。

“新視野”的這一瞥，不僅讓人類終于看全了太陽(yáng)系原九大行星的面目，更代表人類完成了太陽(yáng)系觀測(cè)“第一階段”的任務(wù)。探測(cè)完冥王星及其衛(wèi)星后, “新視野”將飛向太陽(yáng)系外層的柯伊伯帶（Kuiper Belt），那里可能隱藏著數(shù)以千計(jì)的冰凍巖石小天體，深藏著太陽(yáng)系形成的秘密。“新視野”已成為探索太陽(yáng)系的里程碑事件，其成果將使天文學(xué)家重新開始編寫一本全新的教科書。

藉此之際，本刊特推出“新視野”專題，以饗讀者。

1 冥王星有多少奧秘值得我們探索

冥王星的直徑約2370km，比月球還小(月球直徑約3470km)，體積相當(dāng)于月球的2/3，質(zhì)量只是月球的1/6，公轉(zhuǎn)周期為248年。冥王星可能是柯伊伯帶中體積最大的天體，主要成分是水冰和巖石。目前已知冥王星擁有5顆天然衛(wèi)星，最大的冥衛(wèi)一卡戎（Charon），冥衛(wèi)二尼克斯（Nix），冥衛(wèi)三許德拉（Hydra），冥衛(wèi)四科波若斯（Kerberos），冥衛(wèi)五斯提克斯（Styx）。

冥王星之所以讓人著迷，因?yàn)樗且粋€(gè)太空異類，似乎打破了一般天體的規(guī)則。它距離太陽(yáng)太遠(yuǎn)，因而無(wú)法歸入太陽(yáng)系內(nèi)層的“巖石行星帶”（包括水星、金星、地球和火星）；而與太陽(yáng)系外層的氣體巨星（木星、土星、天王星和海王星）相比，冥王星又實(shí)在太小了。實(shí)際上，它同太陽(yáng)系外層柯伊伯帶的彗星有更多相似之處，因?yàn)樗鼈兌己苄。⑽挥诤Ｍ跣侵猓饕杀c巖石構(gòu)成。

2005年，人們?cè)谮ね跣擒壍劳獍l(fā)現(xiàn)了一個(gè)比冥王星略大的天體，后來(lái)命名為鬩神星（Eris）。這一發(fā)現(xiàn)讓人猜測(cè)，太陽(yáng)系可能還存在幾十顆冥王星大小的冰冷、遙遠(yuǎn)的天體，這引發(fā)了一場(chǎng)身份危機(jī)。后來(lái)，冥王星在2006年8月遭到降級(jí)，從一顆行星變成了一顆矮行星。此次“新視野”獲得的最新數(shù)據(jù)是，冥王星直徑為（2370±20）km，比之前的結(jié)果大了80km，相當(dāng)于地球的18.5%；鬩神星直徑為（2336±12）km。于是，冥王星保住了柯伊伯帶最大天體的地位。

冥王星、冥衛(wèi)一與地球大小對(duì)比

鏈接：

根據(jù)國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)2 0 0 6年通過(guò)的決議，一個(gè)天體要成為行星必須滿足3個(gè)條件：位于圍繞太陽(yáng)的軌道上；質(zhì)量足夠大，以達(dá)到近似球形；自身有足夠的引力，以清空其軌道附近區(qū)域的天體。顯然，是第3條標(biāo)準(zhǔn)讓冥王星慘遭降級(jí)。在未來(lái)的探索中，很有可能發(fā)現(xiàn)與太陽(yáng)系八大行星類似、符合目前行星定義的天體，屆時(shí)行星的定義很可能面臨再次調(diào)整。而在未來(lái)調(diào)整中，冥王星是否會(huì)重新成為一顆行星，誰(shuí)也說(shuō)不好。所以，冥王星想重返行星隊(duì)伍，現(xiàn)在還不行。

目前，冥王星有許多未解之謎。例如，這顆處于太陽(yáng)系外層地帶的矮行星上面到底有什么，冰封表面下是否有海洋，冥王星與冥衛(wèi)一是否是雙子星，冥王星的衛(wèi)星為何呈現(xiàn)獨(dú)特舞步，它表面奇特的天氣是如何形成的，這顆“第三類行星”與彗星有什么聯(lián)系，“流逸”現(xiàn)象是否真的存在于冥王星表面。

美國(guó)探測(cè)冥王星的主要目的是：首先，人類從來(lái)沒有探測(cè)過(guò)，即使美國(guó)“旅行者”（Voyager）系列探測(cè)器也只是在掠過(guò)天王星、海王星之后就朝太陽(yáng)系之外飛去，而沒有探測(cè)冥王星。所以美國(guó)要率先探測(cè)它，以滿足人類的好奇心，并保持其在空間探測(cè)領(lǐng)域的絕對(duì)領(lǐng)先地位。其次，太空探索能牽引新技術(shù)的進(jìn)步，激勵(lì)年輕一代選擇科學(xué)、工程和數(shù)學(xué)作為他們的求學(xué)專業(yè)或終身職業(yè)，這些年輕人將成長(zhǎng)為下一代的技術(shù)領(lǐng)袖，有助于保持國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)力。

另外，作為太陽(yáng)系外層軌道的天體，冥王星就像一個(gè)時(shí)空膠囊，保存了10億多年的早期太陽(yáng)系的冰凍遺跡。比如，太陽(yáng)系在45億年前形成初期的早期物質(zhì)，探測(cè)它有助于了解太陽(yáng)系的起源；冥王星及其衛(wèi)星其實(shí)也都是柯伊伯帶天體，只不過(guò)冥王星反光率太高了，才使當(dāng)初的發(fā)現(xiàn)者輕易地找到了它。柯伊伯帶有太多的問題需要調(diào)查，不探測(cè)它很難說(shuō)了解了太陽(yáng)系。對(duì)太陽(yáng)系不同行星之間的比較研究，有助于人類理解地球是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的。

目前，人類對(duì)柯伊伯帶沒有多少了解，但該地帶可能掌握著確保地球安全的鑰匙。有時(shí)，某種力量會(huì)讓該地帶的天體離開其軌道，促使它們朝太陽(yáng)系內(nèi)層滾落。如果它們中的一個(gè)撞向地球，會(huì)引發(fā)人類歷史上空前的災(zāi)難。有一種理論認(rèn)為：6500萬(wàn)年前，一顆直徑近10km的柯伊伯帶天體撞向了如今的墨西哥所在地，從而導(dǎo)致恐龍滅絕。

因此，“新視野”收集的信息至關(guān)重要，它能讓人類更好地理解太陽(yáng)系的起源和柯伊伯帶天體的性質(zhì)，并讓人類對(duì)將來(lái)可能撞擊地球的彗星獲得新認(rèn)識(shí)。

“新視野”在飛越前拍攝的冥王星（右）和冥衛(wèi)一

2 “新視野”的任務(wù)設(shè)計(jì)—高質(zhì)量和強(qiáng)調(diào)科學(xué)探索

“新視野”是美國(guó)航空航天局（NASA）“新疆域計(jì)劃”（New Frontier Program）中的首個(gè)探測(cè)器。“新疆域計(jì)劃”是NASA的一項(xiàng)用“中等級(jí)航天器”探索太陽(yáng)系的空間科學(xué)計(jì)劃，NASA在《2006太陽(yáng)系探索路線圖》中建議，每10年發(fā)射2～4次“新疆域”任務(wù)。“新疆域計(jì)劃”主要基于那些在“發(fā)現(xiàn)計(jì)劃”中采用的創(chuàng)新方法，著重選擇一些在“發(fā)現(xiàn)計(jì)劃”的成本和時(shí)間約束內(nèi)不能完成的中等級(jí)任務(wù)，成本通常限制在7.5億美元以下。

“新疆域計(jì)劃”任務(wù)是NASA通過(guò)公開征集，并經(jīng)過(guò)激烈競(jìng)爭(zhēng)和全面評(píng)審而確定的任務(wù)。2001年1月20日，“新視野”作為提案提交給NASA；同年6月，NASA選擇包括“新視野”在內(nèi)的2個(gè)提案進(jìn)行概念研究；同年11月29日，NASA最終確定“新視野”冥王星任務(wù)作為“新疆域計(jì)劃”的首個(gè)任務(wù)。

“新視野”的主要任務(wù)有兩個(gè)：一是探測(cè)位于太陽(yáng)系邊緣的冥王星及其衛(wèi)星；二是探測(cè)位于柯伊伯帶的小行星群。具體科學(xué)目標(biāo)包括：

1）測(cè)繪冥王星及冥衛(wèi)一的表面地形、溫度、地質(zhì)情況；

2）研究冥王星的中性大氣及其逃逸速度；

3）搜尋冥衛(wèi)一的大氣蹤跡；

4）搜尋冥王星環(huán)和可能存在的更多衛(wèi)星；

5）擴(kuò)展任務(wù)：對(duì)多個(gè)柯伊伯帶天體以及太陽(yáng)大氣進(jìn)行觀測(cè)研究；

6）在木星借力過(guò)程中對(duì)木星及其衛(wèi)星進(jìn)行科學(xué)探測(cè)。

“新視野”任務(wù)將持續(xù)10年以上，最初成本預(yù)算為6.5億美元，其中包括探測(cè)器研制、發(fā)射、操作以及后期費(fèi)用。最終，項(xiàng)目的實(shí)際花費(fèi)為7.2億美元。

“新視野”之所以能夠勝出成為“新疆域計(jì)劃”的首個(gè)任務(wù)，源于其非常契合“新疆域計(jì)劃”的宗旨—通過(guò)高質(zhì)量的、強(qiáng)調(diào)科學(xué)探索的任務(wù)設(shè)計(jì)來(lái)增強(qiáng)人類對(duì)太陽(yáng)系的了解。一是“新視野”將主要任務(wù)目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)了太陽(yáng)系原九大行星中唯一沒有被人類航天器探測(cè)過(guò)的行星—冥王星及其衛(wèi)星，以及柯伊伯帶天體，“新視野”的任何發(fā)現(xiàn)都將填補(bǔ)人類對(duì)太陽(yáng)系認(rèn)知的空白；二是“新視野”的科學(xué)目標(biāo)聚焦在冥王星及冥衛(wèi)一的表面地形與地質(zhì)情況及大氣噴發(fā)與大氣逃逸等，有限目標(biāo)有助于任務(wù)成功并有效控制成本。

組裝完畢的“新視野”探測(cè)器

3 “新視野”探測(cè)器—一個(gè)創(chuàng)新的系統(tǒng)

各分系統(tǒng)

（1）結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)

“新視野”的結(jié)構(gòu)外形類似一個(gè)三角形，厚約0.75m。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)借鑒了20世紀(jì)70年代美國(guó)先驅(qū)者－10和11（Pioneer－10和11）的經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。

探測(cè)器主體結(jié)構(gòu)高約0.7m，長(zhǎng)約2.1m，最寬處約2.7m。發(fā)射時(shí)探測(cè)器質(zhì)量約478kg，其中包括77kg燃料和30kg的科學(xué)儀器。

（2）電源分系統(tǒng)

“新視野”采用放射性同位素?zé)犭娛桨l(fā)電機(jī)提供電源，沒有安裝蓄電池。在任務(wù)初期，該發(fā)電機(jī)可提供大約240W的電功率（30V直流）。到2015年，輸出功率約為200W。

“新視野”使用的放射性同位素?zé)犭娛桨l(fā)電機(jī)型號(hào)為GPHS-RTG，是“卡西尼”（Cassini）土星探測(cè)器的備用件。該發(fā)電機(jī)包括約10.9kg的钚－238氧化物（二氧化钚）小球，這些小球被銥包裹，然后裝入復(fù)合材料的殼體里。

（3）通信分系統(tǒng)

“新視野”采用X頻段通信系統(tǒng)與地面聯(lián)系、傳回科學(xué)數(shù)據(jù)、交換指令和狀態(tài)信息，并通過(guò)NASA深空網(wǎng)的地面天線實(shí)現(xiàn)精確的位置跟蹤。

探測(cè)器的天線系統(tǒng)包括1副直徑2.1m的高增益碟型天線、2副寬波束低增益天線和1副中增益碟型天線。

大部分情況下使用高增益天線與地面的70m天線通信。當(dāng)探測(cè)器到達(dá)冥王星時(shí)，將距離地球4.8×109km，屆時(shí)數(shù)據(jù)率僅為700bit/s，將整套數(shù)據(jù)傳回地球需要9個(gè)月。

在從木星飛往冥王星的巡航飛行中，“新視野”采用“休眠”模式，每年僅喚醒一次，大約耗時(shí)50天左右進(jìn)行設(shè)備檢測(cè)和軌道跟蹤。其他時(shí)間里，探測(cè)器處于慢自旋狀態(tài)，每周發(fā)回1次信標(biāo)信號(hào)，用以說(shuō)明探測(cè)器處于正常模式。“新視野”是第一個(gè)使用深空網(wǎng)信標(biāo)側(cè)音（beacon tone）系統(tǒng)的任務(wù)，該系統(tǒng)曾在1998年的深空－1（Deep Space－1）任務(wù)中進(jìn)行了飛行驗(yàn)證。

（4）推進(jìn)分系統(tǒng)

“新視野”的推進(jìn)系統(tǒng)包括16個(gè)肼推力器，其中4個(gè)4.4N推力器主要用于軌道修正，其他12個(gè)0.8N小推力器用于對(duì)探測(cè)器的自旋進(jìn)行加速或減速。

發(fā)射時(shí)，探測(cè)器共攜帶了77kg肼，這些推進(jìn)劑能夠提供大約290m/s的速度增量。由于可利用木星引力進(jìn)行加速，并且在冥王星附近無(wú)需減速，使得探測(cè)器無(wú)需攜帶過(guò)多的燃料。

測(cè)試“新視野”天線系統(tǒng)

（5）制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制分系統(tǒng)

“新視野”采用三軸穩(wěn)定（科學(xué)探測(cè)狀態(tài)）和自旋穩(wěn)定（巡航階段）兩種姿態(tài)控制模式，其中，自旋模式用于軌道修正機(jī)動(dòng)、與地面通信和巡航階段的休眠期，額定自旋速率為5r/s。

姿態(tài)確定是通過(guò)星跟蹤器、慣性測(cè)量單元（IMU）和數(shù)字太陽(yáng)敏感器實(shí)現(xiàn)的。星跟蹤器大約儲(chǔ)存了3000顆星的圖像，通過(guò)位置比較計(jì)算探測(cè)器的指向。制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制分系統(tǒng)（GNC）采用了12MHz的Mongoose V處理器，2臺(tái)互為備份。太陽(yáng)敏感器可以作為星跟蹤器的備份，如果其他敏感器失去了探測(cè)器的指向信息，可以通過(guò)太陽(yáng)敏感器找到并使探測(cè)器指向太陽(yáng)。

（6）指令和數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)

指令和數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)采用抗輻照加固的12MHz的Mongoose V處理器作為核心單元，承擔(dān)向各分系統(tǒng)發(fā)布指令、收集和處理各類儀器的數(shù)據(jù)，并將有關(guān)結(jié)果傳回地球的任務(wù)。

系統(tǒng)軟件采用自主算法，能夠“自主”檢測(cè)探測(cè)器各系統(tǒng)的狀態(tài)，在必要的時(shí)候進(jìn)行自我修復(fù)、切換至備份系統(tǒng)或向地面尋求幫助。

（7）熱控分系統(tǒng)

“新視野”表面覆蓋有輕質(zhì)多層隔熱膜，熱防護(hù)采用18層Dacron織物夾在外包鋁膜的聚酯/聚酰胺薄膜層之間，構(gòu)成多層隔熱系統(tǒng)，用以保持電子設(shè)備操作時(shí)發(fā)出的熱量，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的保溫和防護(hù)微流星撞擊。

在整個(gè)飛行過(guò)程中，探測(cè)器電子設(shè)備工作的熱量能夠使整個(gè)探測(cè)器的工作溫度保持在10～30℃。探測(cè)器上還裝備了幾個(gè)小型加熱器，一旦發(fā)現(xiàn)溫度偏低，加熱器就會(huì)啟動(dòng)以提升探測(cè)器內(nèi)部的溫度。當(dāng)探測(cè)器接近地球或太陽(yáng)而出現(xiàn)溫度過(guò)高的情況時(shí)，可將散熱窗打開進(jìn)行輻射散熱。

科學(xué)載荷

“新視野”攜帶了7臺(tái)質(zhì)量30kg的科學(xué)儀器。其中，光學(xué)設(shè)備有3臺(tái)，分別是：遠(yuǎn)程勘測(cè)成像儀（LORRI）、可見光-紅外成像光譜儀（Ralph）和紫外成像光譜儀（Alice），分別拍攝可見光、紅外和紫外圖片。另外4臺(tái)儀器分別是：太陽(yáng)風(fēng)分析儀（SWAP）、無(wú)線電科學(xué)設(shè)備（REX）、高能粒子光譜儀（PEPSSI）和學(xué)生塵埃計(jì)數(shù)器（SDC），分別用于測(cè)量冥王星附近和表面的太陽(yáng)風(fēng)、大氣、能量粒子和塵埃。

“新視野”攜帶的科學(xué)載荷

4 “新視野”的任務(wù)執(zhí)行和取得的成果—一次4.8×109km的約會(huì)

飛越過(guò)程

發(fā)射至飛掠木星。2006年1月19日，“新視野”由宇宙神－5（Atlas－5）火箭成功發(fā)射升空。它以16.2km/s的速度飛行，是迄今為止人類發(fā)射的離開地球速度最快的航天器，也是第一個(gè)發(fā)射后直接進(jìn)入太陽(yáng)逃逸軌跡的航天器。它在發(fā)射后只用了9h就飛至月球，只用了13個(gè)月就飛至木星。然后，它借助木星的巨大引力進(jìn)一步提速，在離木星非常近的地方掠過(guò)木星，直飛冥王星。經(jīng)過(guò)木星借力飛行后，其速度達(dá)到20.8km/s，創(chuàng)造了人類航天器飛行速度最快的記錄，后在太陽(yáng)引力的影響下，探測(cè)器速度又減緩為16.5km/s。

休眠飛行，定期喚醒。自發(fā)射升空以來(lái)，“新視野”幾乎有2/3的時(shí)間是處于休眠狀態(tài)，特別是飛掠木星后，“新視野”上的絕大部分儀器處于休眠狀態(tài)，以便節(jié)約電力，延緩設(shè)備老化并降低運(yùn)營(yíng)成本。每隔幾個(gè)月，探測(cè)器上的設(shè)備都會(huì)定期被喚醒，以便接受例行檢查，或是執(zhí)行一些特定任務(wù)，比如在2007年路過(guò)木星附近時(shí)，“新視野”按照指令對(duì)木星進(jìn)行了考察。此外，“新視野”每周還會(huì)發(fā)回一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，稱作“綠色信號(hào)燈”，其目的是讓地面控制人員知道它的狀態(tài)。

確認(rèn)蘇醒，開始探測(cè)冥王星。在2014年8月的一次例行檢查期間，地面向探測(cè)器上傳了“喚醒”指令。2014年12月6日（北京時(shí)間12月7日），地面接收到來(lái)自探測(cè)器的蘇醒確認(rèn)信號(hào)。在完成數(shù)周的儀器檢查和準(zhǔn)備后，2015年1月15日，“新視野”開始探測(cè)冥王星及其衛(wèi)星。其對(duì)冥王星的探測(cè)共分為3個(gè)階段：

第一階段為接近階段。從2015年1月15日起至3月底，“新視野”的重點(diǎn)是導(dǎo)航和設(shè)備測(cè)試。

第二階段為科研階段。從2015年4月起至6月中旬，“新視野”開始全面探測(cè)冥王星，其遠(yuǎn)程勘測(cè)成像儀獲得了分辨率達(dá)1km的冥王星表面圖像。此前所獲得的冥王星圖像最高分辨率為500km左右，由“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡（HST）拍攝。

這是7月12日“新視野”上的可見光-紅外成像光譜儀對(duì)冥王星的紅外線成像。左圖中不同顏色代表不同的紅外波段：藍(lán)色對(duì)應(yīng)于甲烷冰吸收強(qiáng)度中等的波段；綠色對(duì)應(yīng)于甲烷冰完全不吸收的波段；紅色對(duì)應(yīng)于甲烷冰嚴(yán)重吸收的波段。可以看出，冥王星表面的甲烷冰吸收從北極向南極逐漸增強(qiáng)

第三階段從2015年6月下旬起，進(jìn)入最后沖刺階段。7月1日，“新視野”進(jìn)行了最后一次目標(biāo)定位，微調(diào)了飛往冥王星的路線，以探測(cè)冥王星表面冰凍甲烷。在靠近冥王星的過(guò)程中，探測(cè)器上的遠(yuǎn)程勘測(cè)成像儀每天都會(huì)發(fā)回圖像數(shù)據(jù)，光譜儀分析了冥王星的表面成分。

7月12日，“新視野”從距離2.5×105km處拍攝的冥王星圖像顯露出了“心”形的明亮區(qū)域以及一些地形特征。數(shù)據(jù)顯示，冥王星表面覆蓋著大量的甲烷冰，它們?cè)诓煌瑓^(qū)域的分布有明顯差異。

7月13日，“新視野”傳回近距離拍攝的冥王星圖像和其他數(shù)據(jù)，以防在7月14日飛越時(shí)探測(cè)器因空間碎片等影響發(fā)生故障或墜毀。

7月14日，“新視野”近距離飛越冥王星和冥衛(wèi)一，它拍攝了冥王星和冥衛(wèi)一迄今為止分辨率最高的照片，分別在綠、藍(lán)、紅和對(duì)甲烷霜敏感的特殊波段繪制的冥王星和冥衛(wèi)一清晰的地圖；探測(cè)了冥王星大氣層發(fā)出的紫外線輻射；在近紅外波長(zhǎng)上獲取了光譜圖，以了解冥王星及冥衛(wèi)一表面成分和這些物質(zhì)的分布及溫度。它避開了可能存在的空間碎片環(huán)，并防范未發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星（觀測(cè)冥王星周圍是否存在第6顆衛(wèi)星，一旦發(fā)現(xiàn)就要計(jì)算是否會(huì)干擾到探測(cè)器的軌道）。

最后沖刺。北京時(shí)間7月14日19：49：59，“新視野”到達(dá)此行最接近冥王星的位置12472km處；15min后又靠近冥衛(wèi)一，最近距離為27358km。在飛越期間，探測(cè)器上的遠(yuǎn)程勘測(cè)成像儀獲取了兩條幅寬80km左右的冥王星地表遙感圖像，覆蓋了整個(gè)正面半球，拍攝到最高分辨率達(dá)60m的冥王星地貌；研究了冥王星的大氣層，尋找了冥王星上的云和霧；尋找了是否還有未被發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星。

為了集中精力搜集冥王星和冥衛(wèi)一的數(shù)據(jù)，專注于探測(cè)任務(wù)，在近距離掠過(guò)冥王星期間，“新視野”關(guān)閉了與地球的通信達(dá)22h，保持無(wú)線電靜默，不向地球傳回?cái)?shù)據(jù)，以集中力量獲取探測(cè)數(shù)據(jù)。此后的具體過(guò)程如下：

7月14日19：00，“新視野”開始向冥王星發(fā)起最后沖刺。19：49，“新視野”以14km/s的速度近距離飛越冥王星，并拍下冥王星在可見光和近紅外波長(zhǎng)下的圖像。當(dāng)時(shí)數(shù)百名科學(xué)家、友人和家人大聲歡呼并擁抱在一起，很多人都禁不住流下了眼淚。這一刻標(biāo)志著“新視野”成功飛越了距冥王星最近點(diǎn)。

7月14日20：04，“新視野”到達(dá)距冥衛(wèi)一的最近點(diǎn)，這個(gè)距離超過(guò)離冥王星最近點(diǎn)約2倍，因此拍攝其照片的清晰度要比拍攝冥王星的照片粗糙。

7月14日20：51，“新視野”穿過(guò)冥王星的陰影面，探測(cè)了冥王星的大氣。

7月14日21：02，“新視野”約2h的近距離飛越冥王星的任務(wù)結(jié)束。在這一期間，該探測(cè)器有0.01%的概率會(huì)因撞上冥王星周邊的碎石殘骸而功敗垂成，因?yàn)樗艹惺艿淖畲笸饬Σ贿^(guò)是如同一粒谷粒質(zhì)量的沖擊，但飛越很順利。

7月15日，NASA公布的“新視野”于7月14日拍攝的冥王星（左）和冥衛(wèi)一偽彩色照片。它們并非星球真實(shí)顏色，而代表其地表物質(zhì)成分。冥王星“心”形區(qū)域成分不同，西部有一種冰激凌顏色，而右側(cè)顯偏藍(lán)色。冥衛(wèi)一采用相同配色，北部紅色代表“索林”的碳?xì)浠衔铮^低緯度則代表冥衛(wèi)一具有復(fù)雜的地形

這是“新視野”上遠(yuǎn)距勘測(cè)成像儀拍攝的冥王星圖像，其中可見最顯眼的“心”形區(qū)域

7月15日08：52：美國(guó)霍普金斯大學(xué)的“新視野”探測(cè)項(xiàng)目控制室傳出雷鳴般的掌聲，因?yàn)榇丝淌盏搅恕靶乱曇啊?.5h前發(fā)出的平安信，確認(rèn)它已成功在最近距離飛越了冥王星。發(fā)回的平安信實(shí)際是一組15min長(zhǎng)的狀態(tài)信息。位于西班牙的一架深空網(wǎng)天線接收到信號(hào)后，轉(zhuǎn)發(fā)給了霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室。這條來(lái)自4.8×109km外的信息結(jié)束了人們長(zhǎng)達(dá)21h的焦急等待。

隨后，“新視野”開始十分緩慢地把在密切接觸冥王星10天里拍攝的50Gbyte數(shù)據(jù)傳回地球，這一過(guò)程將長(zhǎng)達(dá)16個(gè)月。“新視野”的數(shù)據(jù)傳輸速度受限于與美國(guó)深空網(wǎng)的通信時(shí)間，以及飛越冥王星系統(tǒng)期間采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。高分辨率冥王星圖像在7月15日傳回，冥衛(wèi)一的圖像在7月16日傳回。

已獲得的科學(xué)發(fā)現(xiàn)

7月16日，NASA召開了“新視野”飛抵冥王星新聞發(fā)布會(huì)，公布了“新視野”傳回的高清圖片、視頻以及一些新的發(fā)現(xiàn)。

一是發(fā)現(xiàn)冥王星北極存在冰冠，主要成分為氮和甲烷；

二是精確測(cè)定了冥王星的直徑為2370km±20km，修正了以前對(duì)冥王星尺寸估算的不確定性，同時(shí)也意味著冥王星是柯伊伯帶已知的最大天體；

三是揭示了冥王星大氣富含氮以及冥王星大氣層高度，探測(cè)數(shù)據(jù)表明冥王星大氣延伸至1600km處；

四是首次獲得冥王星及其衛(wèi)星的高清圖片，如冥衛(wèi)三自2005年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)一直是大小形狀和反照率未知的模糊光點(diǎn)，“新視野”確定其大小約為43km×33km。

7月8日，“新視野”傳回的冥王星照片顯示，這顆褐色星球上有一個(gè)巨大的“心”形亮區(qū)，寬度可達(dá)20000km。如此多的亮區(qū)和暗區(qū)表明，這個(gè)天體內(nèi)部可能曾有、甚至現(xiàn)在仍有活動(dòng)。

7月16日，NASA發(fā)布的圖像顯示，在冥王星赤道附近發(fā)現(xiàn)了一處高達(dá)3500m的年輕而冰冷的山脈，這座山脈面積大約占冥王星表面積的1%。令科學(xué)家驚喜的是，相對(duì)于太陽(yáng)系45.6億的年齡，這座冰山山脈形成的時(shí)間非常短，不超過(guò)1億年，這意味著此處可能至今仍然存在著地質(zhì)活動(dòng)。

7月17日，NASA公布了一張冥衛(wèi)一的新照。其特寫區(qū)域長(zhǎng)度約為390km。這張照片由遠(yuǎn)程勘測(cè)成像儀于北京時(shí)間7月14日18:30拍攝，當(dāng)時(shí)距冥王星約為79000km。最奇妙的是這座高山位于盆地里，這是一個(gè)令地質(zhì)學(xué)家都感到震驚和困惑的特征。

NASA展示了冥衛(wèi)二的第一張照片。因?yàn)橼ばl(wèi)二直徑只有40km，所以照片像素顯得模糊。不過(guò)，研究人員現(xiàn)在已經(jīng)可以衡量它的形狀了，而過(guò)去這是無(wú)法做到的。

另外，通過(guò)“新視野”，科學(xué)家已證實(shí)有氮?dú)鈴内ね跣谴髿鈱犹右荩姨右莸乃俣瘸^(guò)預(yù)計(jì)。

……

可以預(yù)計(jì)，隨著“新視野”數(shù)據(jù)的陸續(xù)傳回，人們對(duì)冥王星以及太陽(yáng)系邊緣將有更多新的認(rèn)識(shí)。

7月17日，NASA發(fā)布了冥衛(wèi)一新照，特寫了冥衛(wèi)一位于北半球的局部地區(qū)。照片顯示，北半球有一座高山位于盆地當(dāng)中，其下方還有一些大大小小的隕石坑

5 “新視野”的影響—一次億萬(wàn)人矚目的壯舉

（1）貝拉克·奧巴馬：這是偉大的一天

奧巴馬總統(tǒng)在推特上向NASA表示祝賀：“人類首次訪問冥王星，感謝NASA，對(duì)于探索和發(fā)現(xiàn)以及美國(guó)的領(lǐng)導(dǎo)地位，這是偉大的一天。”

（2）美國(guó)行星協(xié)會(huì)主席：納稅人只需要每15年貢獻(xiàn)一杯咖啡的費(fèi)用

美國(guó)行星協(xié)會(huì)主席比爾·奈在接受華盛郵報(bào)的采訪時(shí)表示，“新視野”項(xiàng)目15年耗資不到10億美元。如果你是納稅人，你只需要每15年貢獻(xiàn)一杯咖啡的費(fèi)用，而你所獲得的將是這個(gè)神奇星球的圖像。奈認(rèn)為，NASA是美國(guó)最好的名片。在探索太空的道路中，NASA已經(jīng)做出了表率。

（3）NASA：從太空夢(mèng)想到商業(yè)價(jià)值

到達(dá)我們難以想象的未知世界，實(shí)現(xiàn)以前我們從不可能實(shí)現(xiàn)的事情，從而使人類的視野更加廣闊，生命更加磅礴，就是NASA所做的所有事情的核心。

NASA和其勇往直前探索精神的存在意義，絕不僅僅是滿足人類認(rèn)識(shí)太空的好奇心，而是構(gòu)建了從鑄就夢(mèng)想到實(shí)現(xiàn)價(jià)值的整個(gè)過(guò)程，而這個(gè)過(guò)程才是人類實(shí)現(xiàn)自身發(fā)展、改變整個(gè)世界和創(chuàng)造全新未來(lái)的根本驅(qū)動(dòng)力。

（4）史蒂芬·霍金∶ 太陽(yáng)系已經(jīng)向我們進(jìn)一步打開

英國(guó)著名物理學(xué)家史蒂芬·霍金在接受BBC采訪時(shí)，對(duì)NASA“新視野”團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)達(dá)10年、具有開拓性的冥王星探索任務(wù)表示祝賀，他說(shuō)：“在距離地球數(shù)十億英里，這個(gè)小航天器首次向我們展示了神秘的冥王星，在我們太陽(yáng)系的邊緣存在著一個(gè)遙遠(yuǎn)的冰雪世界。這距離水手－4（Mariner－4）探測(cè)器第一次成功飛越火星，發(fā)回21幅火星圖像，已經(jīng)整整50年了。現(xiàn)在，太陽(yáng)系將進(jìn)一步向我們打開，露出遙遠(yuǎn)冥王星的秘密。‘新視野’將幫助我們更好地認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系的形成。我們?cè)谔剿鳎驗(yàn)槲覀兪侨祟悾覀兿胫馈Ｎ蚁Ｍね跣菍椭覀兺瓿蛇@一探索旅程。我將密切關(guān)注，我希望你會(huì)關(guān)注。”

不知是否受到“新視野”項(xiàng)目成功的鼓舞，7月20日，霍金啟動(dòng)了人類歷史上規(guī)模最大的外星智慧生命的搜索行動(dòng)。該行動(dòng)將通過(guò)掃描宇宙的方式進(jìn)行搜尋，將歷時(shí)10年，耗費(fèi)1億美金。

奧巴馬總統(tǒng)在推特上的祝賀

英國(guó)物理學(xué)家霍金：我們?cè)谔剿鳎驗(yàn)槲覀兪侨祟悾覀兿胫馈?/p>

2015年7月14日，美國(guó)霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家慶祝“新視野”成功飛越冥王星

（5）“新視野”首席科學(xué)家艾倫·斯特恩：人類探索太陽(yáng)系的巔峰時(shí)刻

為“新視野”堅(jiān)持了25年的項(xiàng)目首席科學(xué)家艾倫·斯特恩在接受《科學(xué)美國(guó)人》的采訪時(shí)說(shuō)：“不論‘新視野’發(fā)現(xiàn)了什么，都將成為行星際探索的里程碑。‘新視野’將重新定義人類對(duì)太陽(yáng)系的探索邊界，這是人類探索太陽(yáng)系的巔峰時(shí)刻。”

（6）天文學(xué)家：引發(fā)冥王星重返行星行列的爭(zhēng)論

美國(guó)科學(xué)家古萊姆·羅布奇恩提出，如果探測(cè)確認(rèn)冥王星存在地下海洋，這意味著它存在地質(zhì)活動(dòng)，是支持冥王星重新被分類為行星的重要證據(jù)。

“新視野”項(xiàng)目首席科學(xué)家斯特恩曾說(shuō)過(guò)，把冥王星踢出行星隊(duì)伍是天文學(xué)家干的，而不是行星科學(xué)家。在他心目中冥王星一直是一顆行星。在他看來(lái)，冥王星與太陽(yáng)系八大行星有著太多的相似，比如大氣、地形、季節(jié)的變化等。但不少天文專家認(rèn)為，這次探測(cè)不太可能給出冥王星是行星的支持性證據(jù)，有專家表示，對(duì)冥王星大小的不同測(cè)量結(jié)果，屬于不同觀測(cè)手段產(chǎn)生的合理誤差。“新視野”的測(cè)量結(jié)果無(wú)疑更準(zhǔn)確，但不會(huì)對(duì)現(xiàn)有理論體系提出任何挑戰(zhàn)。而且從行星的定義看，冥王星被踢出行星隊(duì)伍，不是因?yàn)閭€(gè)頭大小，也不是地質(zhì)活動(dòng)，自然不會(huì)因此再次調(diào)整它的身份。

（7）BBC：發(fā)現(xiàn)即是回報(bào)！

人類長(zhǎng)途跋涉到太陽(yáng)系的邊緣，所獲得的回報(bào)就是可以對(duì)太陽(yáng)系外層行星的世界投去驚人一瞥。當(dāng)?shù)谝淮我姷奖└采w的冥王星和廣闊峽谷的冥衛(wèi)一卡戎時(shí)，大家都屏住了呼吸。“新視野”所獲得的圖像放飛了人類的想象力。對(duì)于“何必呢？”這個(gè)簡(jiǎn)單的問題，最簡(jiǎn)單回答就是：發(fā)現(xiàn)即是回報(bào)！

（8）美國(guó)地方媒體（The week.com）：愛國(guó)主義是這段時(shí)間反復(fù)出現(xiàn)的主題

“新視野”團(tuán)隊(duì)贏得了掌聲……過(guò)去的一周無(wú)疑是屬于“美國(guó)周”!愛國(guó)主義是這周反復(fù)出現(xiàn)的主題。那天清晨，在“新視野”飛越冥王星的那一刻，擁擠的人群在約翰-霍普金斯大學(xué)的應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室自發(fā)地歡呼“USA！USA！”在那一刻，美國(guó)實(shí)現(xiàn)了人類歷史上的一個(gè)驚人的里程碑：人類完成了對(duì)古老的太陽(yáng)系中全部行星的探測(cè)，而對(duì)每顆行星的首次成功探索都是由美國(guó)制造的航天器完成的！

6 啟示與思考

1）“新視野”是科學(xué)與工程創(chuàng)新結(jié)合的一個(gè)范例。“新視野”任務(wù)目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)冥王星及其衛(wèi)星，以及柯伊伯帶天體，具有很強(qiáng)的科學(xué)探索性；而冥王星遠(yuǎn)離太陽(yáng)和地球，工程上又必須應(yīng)用許多新技術(shù)，如長(zhǎng)壽命技術(shù)、核能發(fā)電機(jī)技術(shù)、超遠(yuǎn)距離通信技術(shù)等。“新視野”任務(wù)已取得的成果證實(shí)了其是科學(xué)與工程創(chuàng)新結(jié)合的一個(gè)典范。

2）靈活的體制機(jī)制和創(chuàng)新文化是“新視野”任務(wù)成功的重要因素。“新視野”任務(wù)由NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和約翰-霍普金斯大學(xué)的應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)，NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室在行政上仍屬加州理工學(xué)院。兩個(gè)機(jī)構(gòu)既有私立大學(xué)的靈活和高效，又得到NASA的任務(wù)和經(jīng)費(fèi)保證。他們采用項(xiàng)目經(jīng)理和首席科學(xué)家的雙重管理模式，使科學(xué)與工程實(shí)現(xiàn)了“雙螺旋”式的結(jié)合，特別是在太空探索項(xiàng)目中的創(chuàng)新精神，更值得中國(guó)航天界學(xué)習(xí)。

3）“新視野”是動(dòng)員大眾參與太空探索的一個(gè)范例。在“新視野”的任務(wù)實(shí)施中，NASA任務(wù)團(tuán)隊(duì)為了爭(zhēng)取民眾支持，在2005年發(fā)起了一個(gè)問候冥王星的征集活動(dòng)，共有43萬(wàn)人參與。他們?cè)O(shè)立了一個(gè)網(wǎng)頁(yè)，網(wǎng)民通過(guò)這個(gè)網(wǎng)頁(yè)就可以將自己的名字輸入電子卡片內(nèi)，讓自己的問候與“新視野”一起飛向柯伊伯帶。

4）尋求某一領(lǐng)域的“首創(chuàng)”，通過(guò)任務(wù)設(shè)計(jì)和技術(shù)的雙創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)空間探測(cè)領(lǐng)域的跨越式發(fā)展。NASA的深空探索規(guī)劃按任務(wù)規(guī)模分為大中小三類，并通過(guò)公開征集和競(jìng)標(biāo)的方式選擇任務(wù)方案。“新視野”項(xiàng)目最終能夠脫穎而出，正是其探測(cè)目標(biāo)具有創(chuàng)新性以及其技術(shù)和科學(xué)載荷的先進(jìn)性，能夠帶來(lái)創(chuàng)新的科學(xué)回報(bào)。

5）盡早制定空間探測(cè)中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略，以建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)為目標(biāo)，開展有中國(guó)特色的空間探測(cè)活動(dòng)。空間探測(cè)是需要長(zhǎng)期發(fā)展的綜合性系統(tǒng)工程，任務(wù)周期長(zhǎng)、探測(cè)目標(biāo)眾多、任務(wù)形式多樣，面臨各種新型復(fù)雜技術(shù)的挑戰(zhàn)。美國(guó)等主要航天國(guó)家都極為重視技術(shù)儲(chǔ)備，采取超前布局、提前攻關(guān)的發(fā)展策略。“新視野”從提出方案到任務(wù)成功實(shí)施，歷時(shí)15年，正是基于NASA大量的技術(shù)儲(chǔ)備和前期任務(wù)獲得的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，超前謀劃，提早攻關(guān)，保障了任務(wù)的成功。

“新視野”成功飛越冥王星