去赴一场50亿公里外的约会
2006年1月19日,美国国家航空航天局(NASA)的新地平线号探测器(New Horizons),也就是最近引发广泛关注的新视野号探测器出发了。它的使命之一,就是探测冥王星及其最大的卫星卡戎。7月14日,“新视野号”终于近距离地飞越冥王星。专家认为,“新视野号”是太阳系探测中的里程碑,不仅实现了技术突破,还将对行星科学规划以及人类对宇宙的认识产生影响。
2006年,美国国家航空航天局(NASA)发射了“新视野号”探测器,它的使命是探测冥王星及其卫星卡戎,后续还将探测“柯依伯带”。主要完成以下几项任务:确定冥王星及冥卫一“卡戎”的地表物质成分; 探测冥王星及冥卫一的地质及地形情况; 探测冥王星的中性大气并测量其大气散逸率; 搜寻冥卫一周围可能存在的大气层; 测量冥王星及冥卫一的地表温度; 搜寻冥王星周围可能存在的光环系统和其他未发现的卫星; 在完成对冥王星的探测任务之后,继续飞往另一颗柯伊伯带天体并开展类似的观测工作。
要到冥王星和“柯依伯带”进行探测,探测器的动力系统面临考验,因为那里远离太阳,和地球相比,太阳辐射强度只有千分之一,“新视野号”所需的电力不能通过太阳获得,只有核能发电机能胜任供电任务。国家天文台月球与深空探测研究部、中科院月球与深空探测重点实验室副研究员郑永春介绍,“新视野”的尾部放置了一台放射性同位素温差发电机。该装置中有10.9千克二氧化钚,其中的钚-238衰变时会释放出热量,通过温差发电为探测器提供稳定的电力。为了避免太空核污染,研究人员使用了坚固的燃料箱,把核燃料封装在特制的球形防火陶罐里,几乎不会发生核燃料外泄的可能。同时,NASA和美国能源部还为可能发生的风险作了预案,组建了16个移动跟踪小组,部署了33个空气取样装置和监控器。
在通讯方面,“新视野号”安装了一只直径2.1米的高增益天线,能够与地球的深空网络保持联系,接收来自地球的指令,将收集得到的科学资料输送回去地球。另外安装在高增益天线正上方的是低增益天线,以备不时之需。高增益天线有两条频带收发讯号,频谱宽阔,上传下载速度高,相比之下,低增益天线只有一条窄频带,效率较低,但是在紧急情况之下,可以顶替高增益天线的工作。
据介绍,为了防止设备损坏,“新视野”携带了备用装置。在探测之旅中,探测器会处于休眠状态,为了确保设备的正常运转,需要定期“唤醒”进行检查。到达冥王星之前,还要对整个探测器及其所携带的仪器进行检查和调试,为接近冥王星做准备。
“新视野号”的任务之一是探测冥王星及其卫星,此次飞掠使人们进一步认识了冥王星。自从发现冥王星后,人们对其大小的测算就没有停止过,但始终没有准确的答案。此次近距离的探测终于使人类第一次确认了冥王星的大小——直径2370千米,相当于地球直径的18.5%。探测器还较近距离拍摄到了冥王星最大的卫星冥卫一(卡戎)的图片,卡戎的直径为1208千米,相当于冥王星的51%,地球的9.5%,了解到表面有些光滑的区域,表明地质上比较活跃。
在它传回的图片里,人们获得许多新发现,如被命名为“汤博”的心形区域,可能含冰量较高。科学家还发现了一条长达3000公里的“鲸鱼”地带,这里很可能有地质活动。冥王星上还有一座冰山,高度可能不到4000米,推测是由水冰构成,该冰山年龄不超过1亿年,跟45.6亿年“高龄”的太阳系相比,算是“年轻人”。
飞掠冥王星标志着人类终于拜访了旧太阳系的九大行星,太阳系太空探索的第一阶段到此结束。在2015年7月飞越冥王星之后,大约再过3-4年“新视野号”就能飞到最近距离太阳64亿千米的地方。“新视野号”研究团队预计在2016年底向NASA上交这样一份提案,让其飞越新发现的一颗柯伊伯带天体,继续执行任务。
TIPS:
奇妙的朋友,人类对冥王星的探索
1906年,美国商人兼天文学家帕西维尔?罗威尔开始寻找太阳系里的第九大行星——X行星,他还自费建了天文台。遗憾的是,直到1916年罗威尔去世,都没有发现这颗行星,虽然1915年已拍摄到了两张带有模糊的冥王星图像的照片。
后来的发现者名叫克莱德?汤博,这个从小喜欢仰望天空观察星星的男孩,由于当时家中几乎要破产,无法去读大学学习天文。但谁能想到呢,就是在这样的情况下,汤博也没有放弃自己的梦想,20岁的时候开始动手自己做望远镜,把绘制的图寄给了罗威尔天文台,后来受邀到天文台工作。他经常要做的事情就是比较两张图找到不同之处,每张图上少则有15万颗星星,多则可能会有上百万颗,除了考验眼力,更考验耐心。但这个年轻人没有被繁琐的工作熄灭热情,1930年,他终于发现了一个可能在移动的天体,天文台随即验证了他的发现。
第九大行星发现后,一个名叫威妮夏?伯尼的英国小女孩建议,以神话里的冥王普路托(Pluto)命名,获得全票通过。你可能也发现了,Pluto的前两个字母(PL)是天文台创始人帕西瓦尔?罗威尔的首字母缩写。
汤博之后毕生都在知名的大学和实验室从事天文学的教学和研究, 2006年,在克莱德?汤博100岁诞辰之际,人们把汤博的一部分骨灰放入“新视野号”,让他见证后人的探索。
众所周知,冥王星曾经是第九大行星,如何定义行星这一概念在天文学上一直是个备受争议的问题,直到现在,很多人对冥王星的除名仍不赞同。国际天文学联合会大会2006年8月24日通过了“行星”的新定义:1、必须是围绕恒星运转的天体;2、质量必须足够大,来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状(近于球体);3、必须清除轨道附近区域,公转轨道范围内不能有比它更大的天体。
冥王星的质量是其轨道上其他所有天体质量之和的7%,且轨道与海王星轨道有交叉,不符合第二、第三个条件,因此被降级为矮行星。2006年,当“新视野号”发射升空时,冥王星还是第九大行星,到达的时候,已经被除名了。
冥王星有很多奇妙之处,随着探索的深入,人类将获得更多关于它的认识。