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最遥远的新年问候——新视野号奔向“天涯海角”

鸑鷟鹓鶵 发表于  2019-01-08 10:20

2019年即将来临,在这欢庆元旦之际,我们地球人将收到有史以来最遥远的新年问候。

不,并不是外星人。送上这份最遥远问候的,是NASA的新视野号(New Horizons)探测器,它将在新年当天飞掠人类迄今拜访的最远天体—— “天涯海角”(Ultima Thule)。

新视野号探测器飞掠“天涯海角”的想象图。图片来源:NASA

这个故事的开始要追溯到2006年,毕竟,“天涯海角”实在是太远了。

那一年的1月19日,新视野号探测器从地球发射升空,这是继先驱者10号和11号以及旅行者1号和2号之后,人类历史上又一个将会离开太阳系的探测器。

由于旅途遥远,因此起跑就需要冲刺,新视野号以16.26千米/秒的速度离开地球,成为了有史以来最快逃逸地球的航天器。这个速度是普通地球人造卫星的两倍还要多。

如此急促地奔跑,新视野号究竟要去哪里?

柯依伯带——不同于我们熟知的那些天体

“新视野号”要去的这个地方,被称为柯依伯带(Kuiper Belt)。这片区域从被发现至今,也不过才30年光阴,是一大片广袤的未知世界。

早在100年前,人类就对太阳系外围十分好奇。在当时已知最为遥远的海王星轨道以外,人们长期以来一直认为,会有第九大行星隐藏在那里。

1930年,美国天文学家克莱德汤博发现了冥王星。很快,冥王星被人们接受为太阳系的第九大行星,因为它确实位于海王星轨道以外。只不过,它的个头实在太小,不太符合人们对第九大行星的预期。

上世纪50年代,天文学家杰拉德柯依伯提出,冥王星应该不是一个孤立的天体。在海王星轨道以外的那片区域,应该还有许多其他的天体,而冥王星只是其中最亮的一个而已。不过,直到1992年,人们才发现了这片区域的第二颗天体。随后,越来越多类似的天体被人发现,柯伊伯的预言得到了证实。于是,人们将这一片区域称之为柯伊伯带。

2005年,作为九大行星之一的冥王星遇到了一个尴尬的局面。天文学家在柯伊伯带发现了一颗当时看起来比冥王星更大的天体。是承认这个新天体的大行星地位,还是干脆把冥王星从大行星宝座上撸下来呢?2006年,国际天文联合会召开大会,正式将冥王星降级为矮行星。

如今,人们已经在柯伊伯带发现了4颗矮行星,并估计柯依伯带有百万级别的直径超过100公里的矮行星。

我们知道,内太阳系主要是坚硬的岩石天体(水星、金星、地球、火星、小行星带),外太阳系主要是气态巨行星(木星、土星、天王星、海王星)。

而柯依伯带,则是一个冰封的世界。那里充满了类似冥王星这样的低温冷冻星球,但人类对这些冰雪世界几乎一无所知。这些天体距离地球太遥远了,体积又太小了,从地球上很难发现它们,更别说观测它们的细节了。

好在,在冥王星降级之前,人类已经派出了一位使者去拜访它,顺便造访它所在的柯伊伯带。这位使者,就是我们的新视野号。

柯伊伯带的4颗矮行星和“天涯海角”,以及新视野号的轨迹示意图。图片来源:维基百科,本文作者汉化及标注

新视野号飞掠冥王星

新视野号是冲着冥王星去的。

作为曾经的九大行星之一,冥王星的知名度可谓家喻户晓,成为柯伊伯带的代言人也名副其实。虽然已经降级为矮行星,但在直接围绕太阳运行的太阳系天体里,冥王星仍然是迄今为止人类已知的体积第九大的天体,自然也是柯伊伯带目前发现的最大天体。

2007年2月28日,仅仅发射一年后,新视野号就抵达了木星。木星是新视野号此行中唯一的“加油站”。借助木星巨大的引力,新视野号通过引力弹弓加速,速度提升了40%。

然而,去柯伊伯带的旅途实在是太远了。就算经过了木星的加速,也仍然需要继续飞行足足8年之久。

终于,2015年7月14日,新视野号抵达了冥王星,第一次向人类揭示了这个冰封世界的众多奥秘。除了那颗现在已经家喻户晓的“萌王心”以外,新视野号还发现冥王星有着持续至今的地质活动,有着地球一样蓝色的大气层,甚至还有层层雾霭,并伴有翻飞的雪花。

新视野号眼中的冥王星,不再只是光点,而是一个全新的世界。图片来源:NASA

突然之间,冥王星从一颗分辨不出太多细节的黯淡光点,变成了一颗让人熟悉而又亲切的活生生的星球。这些变化,全都要归功于新视野号长达9年的太空飞行之后,对冥王星那一瞬间的擦身而过。

是的,新视野号没能留在冥王星身边。为了尽快飞抵冥王星,新视野号的速度被加到超快,快到停不下来。它无法进入环绕冥王星的轨道,只能看它一眼之后跟它告别,一头扎向柯伊伯带中更为偏远的地带。

原本,新视野号的故事到这里就该划上句号了。当然,老东家NASA是不会轻易就让它退休的——既然还要深入柯伊伯带,那不如发挥余热去造访新的目标吧!

“天涯海角”,新视野号的新宠儿

2015年8月28日,在新视野号结束对冥王星的探测之后,柯伊伯带天体2014 MU69被选中为新视野号的下一个探索对象。

茫茫柯伊伯带,为什么偏偏是这一颗会被选中呢?

  • 首先是科学家的目标,他们要在柯依伯带选择一颗直径在50~100千米的天体,这个条件很好满足;
  • 其次,这个天体的距离不能超过55个天文单位,也就是55倍太阳到地球的距离,不然地球和新视野号之间的通讯信号就太弱了,这一条大家也没问题。
  • 最重要的一条是,新视野号此时只有33千克的燃料了,能够改变运行方向的能力有限,最多只能调整角度不超过1°。

符合这些条件的柯伊伯带天体,就只剩下了2014 MU69。事实上,这个目标还是天文学家动用哈勃空间望远镜专门搜寻才找到的。

于是,这颗幸运儿将在2019年的新年里,汇聚全世界的目光。

新视野号的旅行,先是经过木星(红色)加速,飞掠冥王星(蓝色),然后再飞掠新目标2014 MU69(绿色)。图片来源:维基百科

2017年,NASA向全世界发出了2014 MU69的征名活动,等到新视野号抵达这颗小行星后,将由国际天文学联合会正式命名。

最终,来自地中海地区传说中Ultima Thule入选。这一名字相当于古希腊和古罗马传说中最北端的“天涯海角”,是比他们能到的最北端还要北的极寒领域。而新视野号的这个新目标,也位于一个前所未知的遥远区域。

此前的天文观测表明,这个目标有可能是双星系统,因此备选名字都有两部分组成。如果是双星,那么两个天体将分别命名为Ultima和Thule,即“天涯”和“海角”。

预计在北京时间2019年1月1日13:33分,新视野号将到达距离“天涯海角”最近的时刻。此时,新视野号距离太阳43.4个天文单位,是地球到太阳距离的43.4倍,土星到太阳距离的4倍,海王星到太阳距离的1.5倍。“天涯海角”将成为人类历史上实地探索过的最遥远的一颗天体。

而新视野号距离“天涯海角”最近只有3500千米,这个距离只有地球半径的一多半,比GPS和北斗等导航卫星的高度还要近。

新视野号探测柯伊伯带的七种武器

新视野号的形状酷似一台钢琴,长2.7m,宽2.1m,高0.76m。它的体重为478千克,在动不动就有几吨重的卫星和探测器中属于小巧的身材。

轻便之余,新视野号还携带有1盎司(约28克)冥王星发现者汤博的骨灰。

由于新视野号的探测目标离太阳太远,通常的太阳能板在那么远的位置上已经无法提供可用的电力,因此新视野号自带着核能电池。最外侧类似水轮的东西就是“新视野号”的能量来源——RTG热核电池装置,该核电池装载有9.75千克的钚238。

新视野号的热核电池RTG(黑色水轮部分)及“锅”。图片来源:NASA

新视野号距离地球如此遥远,又如何与地球通信呢?

答案在两口“锅”,也就是抛物面天线上。其中一口在新视野号上,抛物面天线直径宽达2.1米。另一端在地球上,3口70米直径的抛物面天线,将用于与新视野号沟通。

不过,在这么遥远的距离上,通信速率一直很低。飞掠冥王星时,数据传输速度就只有1 kb/s,通常只够传送文本信号,图片等内容需要等待很长的时间。因此,新视野号在飞掠冥王星之后,花了一年多的时间,才将所有的数据发送到地球。

这次飞掠“天涯海角”,估计通信速率只会更低。想看到新视野号拍回的照片,恐怕要有足够的耐心来等待才行。

新视野号此行一共携带了7款仪器,其中3款光学仪器,2款等离子体仪器,1款尘埃感应器和1台射电辐射仪。所以,除了照片以外,还有更多其他数据要排着队慢慢传回地球。

深空探测网络(DSN)金石站的70米抛物面天线,将用来与新视野号保持通信。图片来源:NASA

2019年元旦之后,新视野号将继续远行,深入柯依伯带。如果有可能,新视野号或许还会再“临幸”下一颗柯伊伯带天体。

大约2026年前后,在快要离开柯依伯带的时候,新视野号的燃料将几乎耗尽,核电池的能量也不太够用了,遥远的距离也使得联系越来越困难。到时候,新视野号将会根据自己的身体状况选择退休时间。

不过,新视野号并不会因为退休就停下脚步,而是会继续飞向深空。2038年的时候,新视野号将抵达如今旅行者2号的位置,离开日球层,拥抱星际空间。

在这之前,让我们一起,坐等这份最遥远的2019新年祝福。

新一年,新视野号,新的探索,飞掠“天涯海角”!图片来源:NASA

(编辑:Steed)

热门评论

  • 2019-01-08 14:31 天降龙虾
    引用文章内容:飞掠冥王星时,数据传输速度就只有1 kb/s,通常只够传送文本信号,图片等内容需要等待很长的时间。

    这速度,让俺想起了零几年拨号上网的时代。。。

    [4] 评论

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全部评论(4)
  • 1楼
    2019-01-08 11:27 在雨夜
    引用文章内容:天涯海角”(Ultima Thule)

    这个翻译太不准确了。

    [0] 评论
  • 2楼
    2019-01-08 14:31 天降龙虾
    引用文章内容:飞掠冥王星时,数据传输速度就只有1 kb/s,通常只够传送文本信号,图片等内容需要等待很长的时间。

    这速度,让俺想起了零几年拨号上网的时代。。。

    [4] 评论
  • 3楼
    2019-02-14 19:10 huifeng.zhao

    好美

    [0] 评论
  • 4楼
    2019-02-14 19:10 huifeng.zhao

    好美

    [0] 评论

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