将冥王星“亲密接触”:新视野号即将打开

时间:20-06-21 栏目:天文科学 作者:wenkula 评论:0 点击: 244 次



将冥王星“亲密接触”:新视野号即将打开探索柯伊柏带新世界的大门


将冥王星“亲密接触”:新视野号即将打开探索柯伊柏带新世界的大门(神秘的地球配图)


(神秘的地球报道)据南方日报(记者 张婧 策划统筹 陈枫 黄慧莹):自2006年升空,冥王星探测器——新视野号(New Horizons,亦称新地平线号),截至今天已在太空中旅行了3293天,走过约48亿公里的星际旅程。


新视野号从美国发射时,冥王星还是一颗行星,2006年第26届国际天文学联合会上,冥王星被正式划为矮行星。不过这并不能阻挡人类对冥王星的强烈兴趣。


作为人类历史上第一颗冥王星探测器,新视野号于本月15日开始了探测的第一阶段任务,今年7月14日它还将与冥王星“亲密接触”,然后朝柯伊伯带深处一去不返。带着人类对太空无限的好奇,新视野号即将打开探索柯伊柏带新世界的大门。


9年征途奔向目的地


从2006年初发射至2015年中掠过冥王星并飞向柯伊伯带深处,新视野号将要进行50亿公里的星际穿越,这个距离,骑自行车需要47600年


2006年1月19日14时(北京时间20日凌晨3时),佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地一声巨响,搭载新视野号的运载火箭成功发射,人类历史上第一个冥王星探测器开始了它的星际征途。


据新视野号官网介绍,新视野号探测器重约454千克,约和一架钢琴一样大,由于冥王星离太阳太远,新视野号无法使用太阳能,因此主要依靠所携钚丸放射性衰变提供动力。


新视野号在接下来的9年多时间里,按照科学家们设计好的路程,行走约50亿公里,将于2015年7月14日从距离冥王星1万公里的高空掠过,飞向柯伊伯带深处继续探测。


50亿公里是什么概念?新视野号首席研究员、美国科罗拉多州博尔德市西南研究院科学家艾伦·斯特恩(Alan Stern)打了个比方:骑自行车需要47600年;开汽车要花6660年;坐喷气式飞机需要700年;即便是航天飞机,也需要25年时间。


将50亿公里压缩在9年时间里,意味着新视野号的旅行速度非常快。发射成功后,新视野号在最后关闭引擎时相对于地球的速度是16.26公里/秒,是人类历史上发射速度最快的航天器。


不过,依靠新视野号的初始速度以及携带的燃料,还不足以让其在9年多里抵达目的地。科学家们想出了让它加速的好办法——借木星引力提升速度。


为了能实现借木星引力提速,发射窗口被定在2006年1月11日至2月14日内,如果错过这次机会,新视野号将无法经过木星。如果错过这个发射窗口,下一个发射窗口在2007年,并且无法借力木星,意味着新视野号直飞冥王星将需多耗费4年时间。


在航行的前13个月,科学家们对新视野号整个探测器及其所携带的仪器不断进行检查和调试,修正它的飞行轨道,为接近木星做准备。


2007年2月28日,新视野号到达距离木星最近地点,拍摄到了木卫一火山喷发的情景,还拍摄到木星表面著名的“小红斑”风暴。最重要的是,成功飞越木星后,新视野号获得了木星提供的重力助推,被木星“抛”向冥王星,实现增速4公里/秒。


飞过木星后的8年航行时间里,新视野号继续星际旅行,它还跨越了土星、天王星和海王星的轨道。在这个旅程中,新视野号多数时间处于休眠状态以节省燃料,但美国航天局少则一个月多则半年就会把它叫醒一次,对整个探测器及其所携带的仪器进行检查和调试,修正它的飞行轨道,并为接近冥王星做准备。


探测任务拉开帷幕


探测过程第一阶段1月15日开启,科学家将不断修正探测器飞行轨道;第二阶段从4月开始,集中收集科学数据;6月开始的第三阶段则为冲刺阶段


这个1月对于新视野号团队而言,意义十分不一样。1月15日,新视野号团队在其官网宣布,对冥王星系统探测进入第一阶段。今年第一场“深空大戏”拉开帷幕。


2014年12月7日,美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室对外证实,新视野号再次从休眠转为苏醒状态,约90分钟后,新视野号开始向地球报告其状态。科学家检测后确认,新视野号十分“健康”。


这次苏醒之后,新视野号将持续工作很长一段时间。2015年7月14日,它将飞掠冥王星上空1万公里处,比已知冥王星所有卫星都要离它更近:这也是新视野号与冥王星“最亲密”的接触。如果新视野号以这样近的距离飞掠地球,它将能看清地球上的建筑物分布及其形状。


“从地球出发抵达首要探测目标,新视野号的这段旅程是所有航天器里最长的。我们已经完成了这段旅程,准备开始探测了。”艾伦·斯特恩1月15日在新视野号官网发表的文章中介绍,目前新视野号已经旅行了48亿公里,距离目的地还有2.2亿公里。


“从1月到3月初,我们将持续收集行星际空间环境的数据。包括测量来自太阳的高能粒子流,使用尘埃计数器测量在柯伊伯带的尘埃粒子浓度。”艾伦·斯特恩介绍,在接下来的几个月里,远程观测成像仪将拍摄数百张冥王星的图像,帮助科学家们不断修正探测器与冥王星之间距离的估算值,团队成员将利用这些数据让新视野号修正轨道,在接下来的2.2亿公里的路途中,为新视野号准确导航,这也是第一阶段的主要任务。


对此,新视野号交汇任务负责人、美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的马克·霍尔德里奇(Mark Holdridge)介绍,新视野号飞掠冥王星时,冥王星所处的确切位置、飞掠时刻等都必须十分确定,“因为控制航天器姿态及科学设备指向的计算机指令,所依据的就是我们要精确知道掠过冥王星的时刻——这些图像将帮助我们确定这两点。”


第二阶段将于4月开始,新视野号开始集中精力收集科学数据,从5月中旬开始,新视野号拍摄的冥王星照片质量将会超过哈勃太空望远镜。第三阶段从6月下旬开始,属于最后冲刺阶段。


新视野号官网介绍,新视野号此行目的主要包括:绘制冥王星及其卫星卡戎的地图;了解冥王星及卡戎的地质构造和形态特征;测定冥王星大气层的组成情况和“流逸”现象发生情况;确定卡戎是否有大气层;调查星球表面温度;寻找环绕冥王星的其它天体;对柯伊柏带内其它天体做类似探测。


“新世界”大门将开启


探索冥王星及柯伊伯带有重要的意义:冥王星对我们了解太阳系起源至关重要;柯伊伯带这个太阳新的“冷库”被认为是彗星的起源地


在太阳系的边缘,距离地球50多亿公里外有一颗曾被定义为行星的冷寂星球。1930年1月,美国天文学家克莱德·汤博(Clyde Tombaugh)通过观测拍照对比的方式发现了这颗星球,随后它被命名为冥王星。


在新视野号升空时,冥王星还是一颗行星,位列太阳系九大行星。2006年8月24日举行的第26届国际天文学联合会正式将冥王星划为矮行星。从认定到除名,只有短暂的76年时光。


随着人类对冥王星的观测,原本公认为是冥王星最大卫星的卡戎(也称冥卫一),也因冥王星—卡戎的质心落在这两个天体之外,被许多天文学家认为其同样是一颗矮行星,与冥王星组成“双矮行星系统”。


尽管冥王星被开除出行星之列,地球上关于冥王星的各种争论仍在持续。


“新视野号正前往我们从未近观过的一类行星。”美国约翰·霍普金斯大学的项目科学家哈尔·韦弗在接受媒体采访时说,“几十年来,我们一直认为冥王星是太阳系边缘的一个奇怪小天体,但现在我们知道它真的是通往柯伊伯带这个全新世界的大门,新视野号将第一次对它们进行近距离观察。”


新世界的大门正在打开,人类的视野将随着新视野号,进入太阳系中以岩石为核心的类地行星、以气体为核心的类木行星之外的“第三区”:柯伊伯带。


柯伊伯带在1992年才被确认存在,是太阳系中的“新大陆”。这里冰冷寂静,数千枚冰冻小天体充斥其间,被称为太阳系的“冷库”,也包含着太阳系形成的遗迹。“奇特的冥王星对我们了解太阳系起源至关重要。”艾伦·斯特恩说。


柯伊伯带还被认为是彗星的起源地。一些科学家认为导致恐龙灭绝的那颗撞击地球的彗星就来源于柯伊伯带。此外,冥王星大气层出现的“流逸”现象,也许能帮助解释地球表面早期氢、氦元素释放的现象。


为了纪念这次十分具有意义的旅行,科学家们在新视野号上还搭载了一些“神秘礼物”。其中包括冥王星发现者克莱德·汤博的一部分骨灰;刻有全球43.3万人名字的光盘;1991年发行的美国邮票一枚,上面写着“冥王星 尚未探测”。


在完成所有任务后,新视野号将追随旅行者1号等“前辈”的步伐,朝着太阳系外继续前行。一个名为“新视野信息计划”(One Earth:New Horizons Message)的项目宣称,美国宇航局已经同意,当新视野号完成所有任务后将清空数据,接受来自全球各地的人们上传的信息,包括照片、声音、文字等。新视野号飞船将带着来自地球上的各种信息,一直飞向遥远的恒星际空间。


新视野号搭载的科学仪器


1.“艾丽丝”(ALICE)


重4.5公斤,平均功率4.4瓦。它是一个高敏感度的紫外图像分光仪,被设计用来分析冥王星动态大气层的成分和结构。图像分光仪的作用是在将光按照不同波长区分开之后,再按照每一个波长生成一幅观测目标的照片。


2.“拉尔夫”(RALPH)


重10.3公斤,平均功率6.3瓦。其作用是拍下冥王星、冥卫一以及其他柯伊伯带星体的图像。有趣的是,“拉尔夫”与“艾丽丝”是美国电视剧《蜜月期》中的一对伴侣。


3.无线科学实验仪器(REX)


重100克,平均功率2.1瓦。它仅由一个印刷电路板构成,包含一些经久耐用的信号处理电子元件,被嵌在新视野号的通信系统中,其作用在于测量大气温度和压力,测量电离层的密度,以及搜寻冥卫一与其它柯伊伯带星体的大气。


4.远程观测成像仪(LORRI)


重8.8公斤,平均功率5.8瓦。这是一个高放大倍率的全色成像仪。它除了具有超远距离拍摄、高精度和全色易感等功能,还能够在冥王星附近极端寒冷和恶劣的条件下进行拍摄。


5.冥王星/太阳风测量仪(SWAP)


重3.3公斤,平均功率2.3瓦。该仪器的主要功能是测量冥王星大气层在与太阳风(即来自太阳的高速带电粒子流)交互作用下产生的逃逸状况。由于冥王星离太阳异常遥远,因此该仪器是迄今同类仪器中精确度最高的一个。


6.冥王星高能粒子分光仪(PEPSSI)


重1.5公斤,平均功率2.5瓦。其作用是搜寻那些因与太阳风交互作用而从冥王星大气层中逃逸出来的粒子,对冥王星大气层的密度和组成、从冥王星大气层中逃逸出来的高能粒子和等离子体的性质等进行观测。


7.尘埃计数器(SDC)


重1.9公斤,平均功率5瓦。这是由美国科罗拉多大学的学生设计和制造的仪器,其作用是在新视野号的漫长旅途中,检测各类彗星、小行星和柯伊伯带星体可能碰撞而产生的尘埃微粒。



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