NASA再度聚焦天王星和海王星探測

□ 鄭本昌

NASA再度聚焦天王星和海王星探測

□ 鄭本昌

近日，據美媒報道，美國宇航局的一個小組正在評估一項探測海王星和天王星的計劃，爭取在2030年發射探測器開展考察行動。如果能夠成行，將大大增加人類對這兩顆冰凍巨行星的了解。那么，這兩顆行星有何特點？對其探測會面臨哪些難題？

重啟探測正當時

深空探測已經成為了當下航天熱點，雖然經常能聽到很多關于探測火星、木星和土星的消息，但遠離太陽的行星似乎并沒有受到太多的關注，只有2015年7月新視野號探測器飛掠冥王星引起了不小的轟動。

雖然只是掠過匆匆一瞥，但取得的成果已經令人激動，也激發了人們對遠地行星進行探測的熱情。此次美國宇航局宣布將天王星和海王星納入探測目標，也標志著繼上世紀80年代末“旅行者2號”飛掠這兩顆行星后，人類重啟探測天王星和海王星之路。

旅行者號計劃是美國深空探測的豐碑，也是首次進入星際空間的人類探測器。“旅行者2號”于1977年發射升空，成功連續訪問了木星、土星，并分別在1986年1月24日和1989年8月25日掠過天王星、海王星。然而，對兩顆介于土星和冥王星之間、直徑是地球四倍的大行星而言，這匆匆一瞥顯然無法滿足人類的好奇心。

此外，在2011年美國信使號探測器進入環水星軌道后，太陽系八大行星就只有天王星與海王星還未有以繞飛的方式進行過詳細探測。因此，美國宇航局此時宣布新的探索計劃可謂正當時。

▲ 天王星

▲ 海王星

既熟悉又陌生的行星

天王星和海王星是太陽系最外圍的兩顆行星，距離太陽20個和30個天文單位（1個天文單位約為1.5億千米）。從體型上來看，這“哥倆”緊隨木星和土星之后，分別位列八大行星中的第三位和第四位。雖然，天王星和海王星都屬于氣態巨行星，但是由于內部結構及大氣組成與木星和土星這類傳統的氣態巨行星存在一定差異，天文學家又把它們細分為冰巨星。木星與土星的主要成分是氫和氦，而天王星與海王星主要由氨、水和甲烷等物質組成。氣態巨行星的質量90%以上都是氫和氦，而天王星與海王星只有20%是氫和氦。

可以說，人類對天王星和海王星既熟悉又陌生。更有趣的是，“旅行者2號”曾經在海王星上探測到了大黑斑，但奇怪的是1994年哈勃空間望遠鏡試圖觀測時它卻消失了，幾個月后在另一個地方又重新發現了一個新的黑斑，其緣由一直無法得知，成了一個未解之謎。

除此之外，天文學家在海王星和天王星研究方面取得的最新進展也吸引了更多人注意——海王星和天王星上有可能覆蓋有大片液態鉆石海，海面上還漂浮著類似于冰山、體積龐大的固體鉆石。

極高的科學價值

為了對太陽系內這兩位神秘的冰巨人有更深入的了解，重啟探索之路十分必要。此舉在科學上也有極高的研究價值，對于推動人類認識太陽系、系外行星系統和行星的形成與演化至關重要。

美國宇航局規劃的探測任務中，最重要的兩個科學目標分別是，確定這些冰凍巨行星的成分和確定其內部結構以及不同元素的豐富程度。

美國宇航局“冰巨星10年預研計劃組”合作主管艾米·西蒙表示，預想中的探測模式是發射1艘軌道器，并攜帶釋放進入天王星或海王星大氣層的探測器。

不過，這次探測任務要想成行，也面臨著很大的技術挑戰。從地球出發，探測器將在太空飛行至少14年時間才能抵達目的地，并且由于天王星和海王星所在的距離過于遙遠，不足以支持太陽能發電，因此探測器需要考慮攜帶核電源。同時，還將面臨稍縱即逝的發射窗口問題。

因此，對于天王星最好的發射窗口在2034—2036年之間，對于海王星來說，如果過了2030年機會就會很少。★