最遙遠的邂逅
——新視野號飛掠冥王星

□ Topp

最遙遠的邂逅
——新視野號飛掠冥王星

□ Topp

2015年7月14日是個載入人類航天史冊的日子，地球人的使者——新視野太空飛船與遠在太陽系“邊疆”的冥王星擦身而過。

這是人類第一次造訪這顆神秘而充滿了話題的矮行星，畢竟，從地球到冥王星的路途遙遠，新視野號這艘曾經(jīng)人類歷史上最快的航天器也花了9年多才到達冥王星。要知道，新視野號出發(fā)的時候，冥王星還和地球以及其他7個兄弟姐妹并稱為太陽系九大行星呢，而她們相遇的時候，冥王星已經(jīng)被劃歸到矮行星的行列了。

當然，新視野號遠離故土，在冰冷的太空中長途跋涉，絕對不只是為了和冥王星打個招呼。這艘承載了人類好奇心的飛船一次又一次帶給人類驚喜。

踏上征程

新視野號于2006年1月19日，在美國佛羅里達州的卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。在最后關(guān)閉引擎時相對于地球的速度是16.26千米/秒，這讓它成了當時以最快的發(fā)射速度離開地球的人造物體。

飛掠木星

在太陽系內(nèi)旅行的飛船，要想獲得更快的速度，常常會利用行星的“引力彈弓效應(yīng)”來加速。新視野號則是利用木星來加速的。雖然這只是為了更快到達冥王星所做的加速，但是科學(xué)家們并沒有浪費這次難得的近距離觀測木星以及測試飛船上儀器的機會。

2007年2月新視野號飛掠木星的時候，所有的科學(xué)儀器進入工作狀態(tài)，對木星的大氣、大紅斑、衛(wèi)星、光環(huán)都做了詳細的觀測。雖然只是路過時的驚鴻一瞥，但是科學(xué)家們從她傳回的數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)了大量之前從未見過的現(xiàn)象。

新視野號拍攝的大紅斑。圖片來源：NASA

新視野號拍攝到的木星的四顆伽利略衛(wèi)星。圖片來源：N ASA

最后一次喚醒

飛掠木星后，新視野號大多數(shù)時間都處于休眠狀態(tài)，以節(jié)約電力，延緩設(shè)備老化。2014年12月7日，科學(xué)家最后一次叫醒了新視野號，這標志著新視野號對冥王星的探索活動正式開始了。在這之后到飛掠冥王星的7個多月中，科學(xué)家將對新視野號的各個儀器設(shè)備進行一系列的測試，并且修正她的飛行軌道，以保證飛掠任務(wù)萬無一失。

小插曲

2015年7月4日（美國時間），美國的獨立日，也是飛掠冥王星倒計時10天的時候，新視野號突然發(fā)生異常并與地球失去聯(lián)系。這可把科學(xué)家們嚇壞了，要知道，這時候新視野號距離地球有48億千米，向新視野號發(fā)送一個指令要9個小時之后才能收到回應(yīng)。如果不能在飛掠冥王星前把問題解決，科學(xué)家們9年的努力都將付之東流。幸好，兩天后科學(xué)家們就查明了原因：并不是新視野號上的軟件或者硬件錯誤，只是上傳的指令序列中一個計時錯誤。這個錯誤不會影響后續(xù)的飛掠任務(wù)，新視野號繼續(xù)向著冥王星飛去。

飛掠冥王星

北京時間7月1 4日1 9點49分57秒，新視野號終于到達了旅途中與冥王星最靠近的位置。雖然大家都急切地想知道冥王星是什么樣子的，但是飛掠時，新視野號一直在悶頭對冥王星進行拍攝，并沒有向地球傳回任何信號。直到第二天上午，人們才收到了第一批從冥王星旁傳回的信息。冥王星的真面目也第一次展現(xiàn)在地球人面前。

看到那顆巨大心了么？也許這就是冥王星對地球人的問候吧。這片心形的區(qū)域其實是一片由固態(tài)氮、一氧化碳、氨組成的雪原，它被命名為“湯博區(qū)”，以紀念冥王星的發(fā)現(xiàn)者克萊德?湯博。

圖片來源：N ASA

飛掠冥王星之后做什么？

新視野號與冥王星親密接觸之后，其任務(wù)并沒有結(jié)束。之后的幾小時里新視野號會飛掠冥王星最大的衛(wèi)星卡戎，并且依次進入冥王星和卡戎的陰影中。在陰影中，新視野號可以利用自身攜帶的光譜儀對冥王星和卡戎的大氣進行觀測，來研究其成分。

圖片來源：N ASA

之后，雖然新視野號在漸漸遠離冥王星系統(tǒng)，但是她還將繼續(xù)對冥王星及其衛(wèi)星進行觀測，直到201 6年1月，整個冥王星的觀測任務(wù)才結(jié)束。

告別冥王星一家后，新視野號繼續(xù)向著更遠的柯伊伯帶前進，去拜訪1~2個柯伊伯帶天體，然后就像她的前輩——旅行者號一樣，向太陽系更邊遠的地方前進。

極慢的數(shù)據(jù)傳輸速度

畢竟，新視野號已經(jīng)距離地球48億千米，從這么遠的距離把數(shù)據(jù)傳送回來可不是一件容易的事情。據(jù)測算，新視野號在冥王星附近向地球傳輸數(shù)據(jù)的速度大概是2kb/ s，這是一個什么概念呢？常見的3G手機的下載速度大概是幾千kb/s量級，是新視野號傳輸速度的1 000倍！估計到201 6年1 0月甚至可能到1 2月，整個冥王星觀測任務(wù)的數(shù)據(jù)才能全部傳回地球。不過，既然已經(jīng)等了9年，這點時間又算什么呢？

所以，現(xiàn)在新視野號飛掠冥王星時的觀測數(shù)據(jù)正在慢慢向地球傳輸，會不斷地有新的驚喜向人們展現(xiàn)出來的。

目前已經(jīng)得到的科學(xué)成果

雖然大量的觀測數(shù)據(jù)還在一點點的傳輸，但是利用已經(jīng)取得的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們也找到了很多有趣的東西：

冥王星的直徑是2370±20千米，這說明冥王星是柯伊伯帶里最大的天體。曾經(jīng)和冥王星競爭這個位置的鬩神星（Eris）的直徑是2336±1 2千米，略輸給冥王星一點點。之前之所以測不準冥王星的直徑，是因為冥王星上有大氣層，使得人類在地球上沒辦法看清冥王星的邊界在哪里。

冥王星上有極冠，是由甲烷和氮

構(gòu)成的。這個結(jié)果并不出乎意料，科學(xué)家早就預(yù)言了冥王星上的極冠結(jié)構(gòu)，但是這還是人們第一次親眼觀測到這個結(jié)果。

圖片來源：N ASA

拉爾夫探測器（Ralph）的光譜觀測表明，冥王星表面被大量的甲烷冰覆蓋。而且，在北極地區(qū)，由于固態(tài)的甲烷和氮氣混合在一起，使得這里的紅外線被大量吸收（右圖綠色曲線）。而在赤道附近的一塊深色區(qū)域里，甲烷冰的紅外線吸收就沒有那么強烈（右圖紅色曲線）。科學(xué)家推測，這可能是兩個地點的甲烷冰的狀態(tài)不太一樣造成的。其實，在地球上也能看到類似的情況：從衛(wèi)星上看，同樣是冰，剛剛下過的雪是白色的，而南北極的冰冠則是看起來發(fā)藍。

冥王星的大氣層非常厚。新視野號探測到的冥王星大氣層有1600千米厚，這比之前在地球上觀測到的厚度（270千米）要厚了不少。而且，也遠遠比地球大氣要厚。地球的直徑有1.3萬千米，而大氣的厚度只有120千米，直徑只有2300千米的冥王星卻有一個1600千米厚的大氣層。遠離太陽使冥王星的大氣層免于被太陽輻射蒸干，而小巧的冥王星上微弱的引力使她上面的大氣可以彌散到很遠的范圍。

冥王星大氣外還有一個巨大的離子“尾巴”。這個巨大的離子尾是在距離冥王星7.7~10.9萬千米的位置上被新視野號的冥王星太陽風(fēng)分析儀（SWAP）探測到的，它是由于太陽風(fēng)“吹拂”形成。金星和火星也有這樣一個“尾巴”。

圖片來源：N ASA

冥王星上可能還有地質(zhì)活動。高分辨率的照片顯示，冥王星上有山脈，而這些山脈是在距今1億年內(nèi)形成的，這說明冥王星在近期，甚至現(xiàn)在還存在著地質(zhì)活動，而不是人們原來想象的那樣死氣沉沉。

圖片來源：N ASA

冥王星上發(fā)現(xiàn)一大片平坦的“冰”原，當然，這里的冰和地球不一樣，并不是由水組成的，而是由一氧化碳、氨等物質(zhì)組成的。這片冰原位于湯博區(qū)中心附近，冰原上幾乎沒有隕石坑，但是有很多不規(guī)則的溝槽將冰面分割開來。科學(xué)家對這些溝槽的形成有兩種猜測，一個可能是和泥漿干燥時類似，冰原在形成時收縮產(chǎn)生的；另一個可能則是由于冥王星內(nèi)部的地質(zhì)活動造成的。

新視野號拍下的卡戎（冥衛(wèi)一）照片，可以看出極區(qū)（深色區(qū)域）和峽谷等地形。圖片來源：N ASA

新視野號為什么不留下來陪著冥王星？

目前，人類對太陽系內(nèi)天體的探索形式主要有：飛掠、硬著陸、環(huán)繞、軟著陸等幾種。由于飛掠和硬著陸的有效觀測時間比較短，軟著陸技術(shù)難度比較大，所以現(xiàn)在大多采用環(huán)繞的方式進行探索。水星、金星、地球、火星、木星、土星甚至月亮、丘留莫夫－格拉西緬科彗星上都曾有過人類的探測器環(huán)繞，為什么這次新視野號不能繞著冥王星轉(zhuǎn)呢？

其實原因很簡單：新視野號太快了。新視野太空飛船在發(fā)射時就是當時速度最快的探測器，她只用了9個小時就從地球跑到月球軌道了。對比一下，嫦娥2號從地球進入月球軌道花了5天的時間。

之后又經(jīng)過了木星的加速，小小的冥王星根本沒法用引力捕獲這么快的探測器，而減速又需要消耗大量燃料，對于新視野號這位長途旅行者來說，攜帶大量燃料是不現(xiàn)實的。所以新視野號只能和冥王星擦肩而過，卻不能駐足凝望了。

那為什么新視野號要飛得那么快呢？因為她要趕時間啊。冥王星和地球一樣，赤道和黃道有一個夾角，所以在太陽不直射赤道的時候，在冥王星的南北極之一就會出現(xiàn)極夜，使得探測器沒辦法看到兩極地區(qū)的全貌。而冥王星上的“一年”（公轉(zhuǎn)周期）將近250個地球年，趕不上這次觀測機會的話，就得等一百多年以后了。九年天文學(xué)家們愿意等，一百多年的話，他們就等不及了。

所以這次新視野號的旅程與其說是邂逅，不如說是趕去赴約，人類的好奇心與廣袤宇宙的約定。