美国NASA新视野号太空船飞越冥王星

时间:20-09-19 栏目:天文科学 作者:wenkula 评论:0 点击: 41 次



7月中时,NASA的太空船将已航行大约50亿公里,并且从距离冥王星1万2500公里处飞越它。图为冥王星与其五颗已知卫星中最大的一颗,冥卫一。 Art by Da


7月中时,NASA的太空船将已航行大约50亿公里,并且从距离冥王星1万2500公里处飞越它。图为冥王星与其五颗已知卫星中最大的一颗,冥卫一。 Art by Dana Berry


堪萨斯州的农人汤博在1928年用他父亲1910年出厂的别克汽车的曲柄轴,加上一些废弃农具,打造出这具望远镜。他绘制的火星和木星图画让他得到了在罗威尔天文台的工作


堪萨斯州的农人汤博在1928年用他父亲1910年出厂的别克汽车的曲柄轴,加上一些废弃农具,打造出这具望远镜。他绘制的火星和木星图画让他得到了在罗威尔天文台的工作。两年后,他在那里发现了冥王星。 Photograph by Bettmann/Corbis


新视野号在佛罗里达州的甘迺迪太空中心等着装上整流罩,在升空与穿越地球大气时,整流罩可以保护太空船。新视野号在发射当时是有史以来速度最快的太空船,预计将于2015


新视野号在佛罗里达州的甘迺迪太空中心等着装上整流罩,在升空与穿越地球大气时,整流罩可以保护太空船。新视野号在发射当时是有史以来速度最快的太空船,预计将于2015年7月14日抵达冥王星。 Photograph by NASA


新视野号搭乘擎天神五号火箭,在卡拉维尔角空军基地发射。这艘太空船经过冥王星后,会继续航向太阳系最远的地方。 Photograph by NASA


新视野号搭乘擎天神五号火箭,在卡拉维尔角空军基地发射。这艘太空船经过冥王星后,会继续航向太阳系最远的地方。 Photograph by NASA


(神秘的地球报道)据美国国家地理(撰文:娜迪亚.德瑞克 绘图:戴纳.贝瑞):小而寒冷又远得离谱的冥王星,长久以来一直严守自己的秘密。


自1930年被发现以来,这颗矮行星就一直绕着超越观测范围的轨道运行,它结霜的表面是个模糊的谜团,就连最高倍率的望远镜也无法将它看清楚。我们知道冥王星的存在。但我们并不真正认识它。


然而这将在7月14日改变,那一天,美国航空太空总署(NASA)的新视野号太空船预计将飞到距离这颗冰冻的矮行星1万2500公里处。若一切顺利,这次短暂的近距离飞越将揭露古典太阳系理论中最后一个未知的世界。我们终于能与这颗星球面对面,真正看见它和它最大卫星冥卫一(凯伦)的表面。科学家对于可能的发现有一些猜想,但他们唯一可以确定的是,冥王星肯定会带来惊奇。 「我们想像中的冥王星将烟消云散。」新视野号的计画主持人艾伦.斯特恩说。


X档案


这不会是冥王星第一次让人意外。就在新视野号发射升空的2006年,冥王星从行星的名单中消失,重新以「矮行星」的身分出现。实际上,在冥王星被发现以前,它就已经是个难以了解的世界了。


早在1840年代,复杂的计算就已经预言在海王星轨道之外还有另一颗行星存在。以海王星质量计算的结果显示,这颗冰巨星以及它的邻居天王星的轨道不完全符合行星运动定律的预测。因此,有些天文学家推论太阳系边缘至少有一颗大型的未知天体在影响这些冰巨星,导致它们以异常的路径绕行太阳。


到了20世纪初,寻找这颗失落星球的努力愈来愈热烈:不论是谁找到它,就能获得发现五十多年来第一颗新行星的殊荣。波士顿富绅帕西瓦尔.罗威尔积极投入寻找这颗他称为「X行星」的离群天体;在此以前,他最为人知的事迹大概是宣称在火星表面观测到灌溉渠道。罗威尔早已在亚利桑那州的夫拉格斯塔弗建造了自己的天文台,而寻找X行星的努力就在1905年以这座天文台为中心展开,罗威尔不断计算又重新计算这颗行星的可能位置,还为了搜寻它借来仪器。然而直到他于1916年逝世时,还未能证实X行星确实存在。


时间快转至1930年。一个2月傍晚,24岁的克莱德.汤博在罗威尔天文台值勤。刚从堪萨斯州农场搬来的汤博,任务是寻找罗威尔那颗难以找到的行星。他从未受过正式的天文学训练,但自己学会了制造望远镜的技能,有时用的是旧车零件和其他意想不到的材料。


他是个完美主义者。 「我种蜀黍时,」他在1980年出版的回忆录中写道,「田里的作物一定要笔直成排,不然我就会不高兴。后来我必须检查每个可疑的星球,不管它有多暗淡……那是我做过最乏味的工作。」


汤博使用一台称为闪视比较镜的仪器,花了大约一年的时间寻找这颗失落的星球。这台嘈杂的机器让观赏者能够来回比对长时间曝光拍摄的天空照片,照片上通常有数十万颗星星,而且是相隔几天拍摄的。任何在间隔的时间内移动了相当距离的天体(如行星或小行星),在照片被翻动时看起来就会像是在移动。


那天,也就是2月18日的傍晚,汤博正在操作比较镜,眯着眼睛观察上千颗星星,评估每一颗星球。突然,在1月分间隔六天拍摄的照片里,他注意到一个会变动位置的微小光点。在一张照片里,它位于两颗明亮星星的左边。在下一张照片里,它跳到了这两颗星星的右方几毫米处。汤博来回切换照片,看着这个圆点从原本的位置来回跳跃。他抓了一把尺,测量这个圆点位置的精确差距。接着他拿出另一张拍摄于1月稍早的天空照片,寻找同一个圆点。最后,他靠着手持放大镜在另一组由不同照相机所拍摄的照片里确认了这颗潜在行星的存在。45分钟后,汤博已深信不疑。


他找到X行星了。


「你看到冥王星的圆点时,会发现它非常小,」在罗威尔天文台工作的新视野号研究团队成员威尔.格朗迪说。 「你真的得盯着这些照片看才行。我不知道他怎么没瞎掉。」


经过几周的后续观察,罗威尔天文台在3月13日公布汤博的发现。


然而天文学家几乎马上就察觉事有蹊跷。这个跳跃的光点太微弱了,不可能是X行星。即使是当时最好的望远镜也无法清晰显现这颗星球的圆盘,这代表这个天体很小,小到不足以构成那两颗冰巨星轨道异常的原因。


「他们本来期待会找到比这更亮、更大的天体,」哈佛-史密森天体物理中心荣誉天文学家兼历史学家欧文.金格瑞契说。 「尽管如此,他们认为这颗星球的大小可能和地球差不多。虽然比天王星和海王星小得多,但还算是颗有点分量的行星。」


罗威尔天文台首先必须为这颗新行星命名。数百封信件涌入。 「蜜涅尔瓦」是初期最有可能获选的名字。


在大西洋另一边,一名11岁、名叫薇妮莎.柏尼的英国女孩随口提出了「冥王星」这个名字,即罗马的冥界之神。这个黑暗的名字似乎很适合这颗位于晦暗边境的行星,而且也符合以神话人物命名的传统。于是在5月1日,罗威尔天文台正式宣布将X行星命名为冥王星。


但这颗天体的轨道怪异又倾斜,而且体积也小得令人困惑,仍然是个难解之谜。多年来关于汤博发现的这颗行星的估计质量不断缩小、缩小……再缩小,直到最后科学家完全将它从行星之列除名,并且在2006年将它重新归类为矮行星。


透过观察冥王星与其卫星冥卫一之间的相互作用,科学家现在知道冥王星的质量只有地球的千分之二。冥卫一在1978年被发现,体积几乎是冥王星的一半――大到与冥王星形成一个双星系统。它们绕着彼此间的一个点公转,形成双矮行星,在一个至少还有四颗卫星、复杂惊人的系统中心不停转动。


科学家怀疑冥王星或许还有更多卫星,其中有些卫星可能共用或互换轨道,而且可能是混乱无序地自转,而非绕着固定的轴转动。


「即使这次又发现让我们惊讶的古怪现象,我也不会意外,」新视野号团队中的博士后研究员艾利克斯.帕尔克说。


到了1980年代晚期,NASA的「航海家2号」太空船已经飞掠过四颗巨行星的领域,揭露了海王星的真正质量(相当于17个地球)。当科学家将这个数字输入以前用来预测有第九颗行星存在的旧方程式里时,一切运作都符合预测。天王星沿着一条可预测而乏味的路径绕行太阳。从来就没有另一颗大型行星拉扯着天王星的轨道。但若没有当年错误的计算,以及一名男子惊人的耐心,我们可能还要等几十年才会发现这颗真实存在的小星球。


激烈的诞生


冥王星不再是行星,它甚至不再独一无二了。它是柯伊伯带内的数千个天体之一,柯伊伯带是一个在海王星外的巨大碎屑环,里面有无数颗彗星和冰矮星。太阳系早期的印记仍印在这些有46亿年之久的碎块里。


冥王星不再是行星,它甚至不再独一无二了。它是柯伊伯带内的数千个天体之一,柯伊伯带是一个在海王星外的巨大碎屑环,里面有无数颗彗星和冰矮星。太阳系早期的印记仍印在这些有46亿年之久的碎块里。


柯伊伯带的结构显示,巨行星曾在早期经过剧烈重组,这场大迁徙让小天体四处飞散。科学家希望能利用散布在冥王星和冥卫一表面的陨石坑洞,调查柯伊伯带的天体数量,并且重建柯伊伯带随时间推移所产生的变化。这些测量数字不易取得,但是如果要统一关于巨行星迁徙如何塑造早期太阳系的不同想法,它们却至关重要。 「我们认为早期的柯伊伯带大得多。」斯特恩说。


我们从这颗矮行星获得的资讯,也能让科学家一窥塑造地球的过程。从前,充满氢气和氦气的外层包围着新生的地球。经过数百万年后,这片大气逐渐逸散到太空中。斯特恩表示,虽然冥王星的大气是氮气构成的,但它是太阳系中唯一一个正在经历类似过程、可供我们研究的星体。冥王星与地球的相似之处还不只如此。科学家认为冥王星的卫星冥卫一是因巨大撞击而形成的,就像当初制造出我们的卫星(月球)的撞击一样。我们的卫星是撞击所产生的熔融碎屑盘凝结后的产物,而从冥王星被抛射出去的冥卫一则相对完整。我们的卫星生成后,天空中的碎屑变得相对较少,而冥王星的引力较弱,因此撞击产生的碎屑飞得较远,让这个双星​​系统充满太空碎石,可能会让新视野号的到访危机重重。


危险的旅途


NASA的这艘太空船从佛罗里达州的卡拉维尔角发射,穿过太阳系,每天平均航行近160万公里。它在升空约一年后抵达木星,将这颗巨行星的引力当作加速器,借此将旅行时间缩短了近四年。然而即使已经加速,新视野号还是需要再八年才能抵达冥王星。冥王星与太阳之间的平均距离是地球与太阳之间距离的40倍,冥王星上的最低温可达近摄氏零下240度。


科学家不确定会在那里找到什么――或是这艘速度飞快的太空船是否能安全通过冥王星系统,因为这里可能有隐藏的卫星和致命的尘粒等陷阱。 「任何沙粒大的物体都可能对太空船造成危险,」寻找外星智慧(SETI)机构的马克.修尔特说,他是这次任务风险评估团队的一员。 「如果有物体切断了电力线路,或击中中央处理器,可能就会对太空船造成无法修复的损害。」


在太空船与冥王星交会的前几周,科学家会神经紧绷地分析新视野号取得的最新影像。一如当年的汤博,研究团队将在影像中寻找任何会移动的东西,这些迹象就代表可能有正在抛出尘埃的隐藏卫星。 「我们仿佛站在船的瞭望台上……监测前方是否有暗礁,」修尔特说。


如果真的出现危险,科学家也已规画了数条穿越冥王星系统的替代轨道。这些替代方案都必然会牺牲某些科学任务。不过再重要的任务也不值得让太空船航向会让它置身险境的路径。 「我们到没人去过的地方,是为了看那里有什么,」修尔特说,「我们寻找的是惊奇,我只希望不会是我们不想要的那种惊奇。」


他们已经知道这颗矮行星是淡红色的,这个颜色是阳光与星球表面的有机分子相互作用造成的,也知道它的表面覆盖着不同的冰。哈伯望远镜拍摄的模糊照片显示冥王星上有极暗与极亮的区域,有些科学家怀疑是有机化合物正在将这个矮行星的部分区域变黑。星球表面的其他区域则似乎显示,在这片颜色深浅不一的地形上有季节性结霜的痕迹,而科学家如果在冥王星上看到间歇泉喷发,也不会太惊奇。冥王星上空有一层厚厚的氮气大气,体积可能有冥王星的350倍大。


「我猜我们会看到雾霾,可能还有厚厚的云层,」科罗拉多大学波尔德分校的团队成员法兰.贝格纳尔说。


但团队成员几乎什么都猜,从冥王星的直径、新卫星的数目,乃至冥王星和冥卫一上是否有陨石坑洞、峡谷或冰火山。有些成员甚至觉得冥卫一可能会抢了冥王星的风采。 「这么小的地方竟有如此丰富的系统,而且许多我们自以为知道的事情可能都是错的,」西南研究院的约翰.史宾塞说。


要真正了解冥王星,我们必须到那里去,从这颗星球的门前凝视它。虽然历经85年,但我们终于要见到汤博这颗备受争议的小星球了。在某种意义上,汤博也会见到它:新视野号搭载着一小瓶汤博的骨灰,这个象征性的使者将航行经过冥王星,前往柯伊伯带更深处,或许发现下一个仍待探索的小星球。



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