來自太陽系邊緣的新年問候

在距離地球40億英里的地方，一群小星球圍繞著我們太陽系的黑暗邊緣旋轉。太陽離這個地方很遠，它看起來還沒有星星亮。這是柯伊伯帶，一個甜甜圈狀的冰狀物體環，是我們太陽周圍最神秘也是最具科學魅力的空間區域之一。

這條帶由數十億年前太陽行星形成時遺留下來的碎石組成，這些碎石是太陽系誕生的化石記錄。幾十年來，研究人員一直夢想能近距離觀察其中某顆行星，但由于柯伊伯帶地處偏遠，這個夢想一直未能實現。

但是這種可悲的科學無知即將結束。1月1日，在過去13年里一直遠離太陽的美國“新視野號”探測器將掠過柯伊伯帶2014 MU69天體，在未來24小時內，它將利用照相機、探測器和掃描儀對這個小世界進行詳細的觀察。在探測器與其相遇的最后，一個目前在天文學家的望遠鏡里不過是小圓點的物體，會變成一個充滿天文和地質細節的世界。

“我們將找出這個物體是由什么構成的，”新地平線任務的首席研究員艾倫·斯特恩說。“它是怎么建造的?它有大氣層嗎?它有光環嗎?誰知道我們會發現什么。”

在這個過程中，MU69將成為人類迄今為止探索過的最遙遠的物體。這應該是一次不同尋常的邂逅——這一點得到了任務控制中心工作人員的認可，他們最近決定給這個小世界一個比它目前單調的天文目錄編號更令人難忘的頭銜。他們將其重新命名為Ultima Thule——以古代地理學家認為的世界上最偏遠的地區命名。(格陵蘭和冰島都是Ultima Thule原址的候選地。)

不到24小時，“新地平線”號就會飛過Ultima Thule，在元旦當天用它的儀器對該星球進行測量。然后，它將開始把它的發現傳回地球，為科學家提供有關太陽系早期歷史的寶貴數據。然后，在完成了它的歷史性任務后，“新地平線”號將進一步深入到人馬座大致方向的深空。

斯特恩表示:“關鍵的一點是，現在一切都在“新地平線”的帶領下完美進行。”“我們剛剛對目前的路線做了一次修正，并將有機會在1月1日前再做三次修正。然而，我不知道這些是否有必要——我們已經非常接近我們需要遵循的正確軌道。”

“新地平線”號于2006年1月從卡納維拉爾角發射升空，并于2007年2月飛越木星，將其速度提高到每小時3萬英里以上。在接下來的8年里，它從太陽向外飛向它的主要目標：矮行星冥王星和它的5顆衛星：卡戎、斯提克斯、尼克斯、科波若斯和Hydra。

2015年7月14日，這艘機器人宇宙飛船最終完成了前往冥王星及其衛星的30億英里旅程，并開始向地球傳回數據，這些信息花了4個多小時才抵達任務控制中心，盡管這些信息是以光速傳輸的。這些信息最終到達地球時所揭示的信息給天文學家們帶來了許多驚喜。

許多人曾預計冥王星和它的衛星會被發現是冰冷、死氣沉沉的地方。相反，“新地平線“號發現了許多地質活動的跡象，以及冰最近流過冥王星表面的證據。這顆行星上有高聳的冰山和廣闊的冰凍氮平原，而在卡戎上發現的一頂紅褐色的物質帽是由有機分子組成的，這些有機分子可能是生命的重要組成部分。

冥王星還被發現有一層稀薄的藍色大氣，富含氮。在這樣一個遙遠的繞日軌道上，這顆行星——以及它的衛星——被證明具有驚人的能量。

斯特恩說:“我們原以為冥王星是一個簡單的不活躍的世界，但事實證明它并不比地球或火星復雜。我們還發現它在地質上很活躍，這也是我們沒有預料到的。我們原以為冥王星早就失去了地熱能，但事實并非如此。”

然而，最讓斯特恩激動的是公眾的反應。“人們對探測器發現的普遍反應——這讓我很吃驚。這是自上世紀80年代以來首次對新行星進行近距離飛行，人們對此非常熱情。他們真的被我們的發現吸引住了。公眾對太空探索很感興趣。這鼓舞了我們。”

在展示了冥王星及其衛星的奇觀之后，“新地平線”號繼續前行，進入柯伊伯帶，這是一次額外的旅行，將為其旅行史再增加10億英里。這個目標被認為是合理的，因為腰帶上的物體可以告訴我們很多關于太陽系誕生的信息。

然而，研究這些小星球與研究冥王星或卡戎是完全不同的事情。前者直徑約1,470英里，后者約750英里。相比之下，新地平線號的目標——終極北極星——直徑可能只有20英里左右，這是柯伊伯帶典型的天體。(這條腰帶是以荷蘭裔美國天文學家杰拉德·柯伊珀的名字命名的，他在1951年的一篇論文中提出了這條腰帶的存在。)

2014年，天文學家利用哈勃太空望遠鏡掃描柯伊伯帶，為“新地平線”號即將到來的會合尋找合適的目標，于是發現了Ultima Thule。當時總共有5個候選目標被確定，而Ultima Thule顯然是最受歡迎的。“對我們來說，這是柯伊伯帶最容易達到的目標，”斯特恩說。“這是一種我們可以使用最少燃料、從而實現儲量最大化的方法——這對于應對未來任何無法預見的演習可能至關重要。”

有趣的是，選擇Ultima Thule為“新地平線”的成就又增加了一個“第一”。這將是天文學歷史上第一個由宇宙飛船研究的天體，而宇宙飛船在該天體被發現之前很久就發射升空了。

自從Ultima Thule的發現以來，隨著“新地平線”號加速向這個微小的、完全遙遠的世界靠近，科學家們一直在努力尋找更多關于它的信息。哈勃太空望遠鏡繼續它的調查，同時天文學家們試圖利用恒星的掩星現象——當一個像Ultima Thule這樣的物體經過一顆恒星并干擾它從地球上接收到的光時，恒星掩星現象就會發生。

從這些觀察結果來看，科學家們認為Ultima Thule要么是一個直徑約20英里的單一天體，要么是由兩個相互旋轉的天體組成，每個組成部分直徑約9至12英里。Ultima Thule極有可能有一個或幾個衛星。

斯特恩說:“Ultima Thule可能有大氣層、光環或幾個衛星。我們當然希望很多，因為當我們到達冥王星時，我們發現了很多驚喜。然而，我們將不得不等到明年1月1日才能發現真相。”

下個月，當新地平線號傳回地球第一批數據時，科學家們應該能清楚地看到有關Ultima Thule的許多關鍵特征。然而，他們要等更長的時間才能得到全部圖像——因為在1月份掃過距離Ultima Thule不到2200英里的區域后，“新地平線”號需要幾個月的時間才能傳回所有由它傳回的信息。

問題是“新地平線”號非常非常遙遠，所以它的無線電信號非常微弱。弱信號意味著低數據速率。因此，“新地平線”號只能以每秒1千比特的速度傳輸數據。以這樣的速度，要確切了解探測器究竟發現了什么，還需要一年多的時間。

斯特恩說:“在‘新地平線’號的儀器研究完Ultima Thule之后，我們將從它那里收集大約500億字節的信息。這與我們從冥王星及其衛星上收集到的數據大致相同，而且這些數據需要16個多月才能傳回地球。”然而，新地平線號目前距離地球的距離比三年半前飛越冥王星時要遠10億英里，這意味著傳回有關Ultima Thule的數據需要更長的時間。

斯特恩表示:“我預計這一次我們需要大約20個月的時間才能取回數據。”“這意味著，到2020年9月，我們應該知道所有關于Ultima Thule的知識。”這似乎等得有點長。另一方面，Ultima Thule是太陽系早期的化石記錄，所以我認為我們可以再等一段時間來發現它。”

除非斯特恩和他的同事們選擇自己打破這一記錄，否則極有可能在很長一段時間內，Ultima Thule極有可能仍然是太空探測器所訪問過的最遠的天體。他們會在20世紀20年代中期繼續探索柯伊伯帶的另一個天體。

“一旦我們從Ultima Thule獲得所有數據，我們就可以開始考慮下一個目標，”Stern說。“新地平線”號有一個核電池，可以為飛船再提供20年的電力，所以我們可以很容易地到達另一個星體。我們有能力做到這一點。不過，民眾是否支持另一場會面，還有待觀察。在某種程度上，這取決于我們在Ultima Thule發現了什么。”