1989年8月25日，在加利福尼亞州帕薩迪納市，美國宇航局的噴氣推進實驗室一片繁忙景象。科學家、記者，甚至一位名副其實的搖滾明星查克·貝里，都蜂擁而至該設施的任務控制中心，紀念前一天晚上旅行者2號宇宙飛船飛掠海王星北極上方不到5000公里處的時刻——這標誌著它最接近這顆冰巨星。“興奮程度是我在這裡見過的最高的，”卡爾·薩根後來在CNN電視節目中說道。
一年多來，隨著宇宙飛船緩慢接近現在被認為是太陽系最外層已知行星的星體，這種興奮感一直在積聚。日復一日，當旅行者2號傳回照片時，這種興奮感也隨之增長——逐漸將模糊的畫素群轉變成一個隱約可見的美麗藍色球體。“情況發展到每天，當一組新的影像傳下來時，就會有關於這顆行星的新發現，”旅行者2號成像科學團隊的成員海蒂·哈梅爾說。哈梅爾當時的日誌中充滿了她對這些影像的素描——以及潦草在頁邊空白處的“哇！”、“天哪！”和其他驚歎詞。每張影像都揭示了一個出乎意料的活躍世界——一個擁有富含甲烷的雲層、比地球還大的強烈風暴以及行星風速超過每小時2000公里的世界，這是太陽系中最快的風速。甚至海王星巨大的冰凍衛星海衛一也湧動著間歇泉和其他令人驚訝的地質活動跡象。“每一天都是一次冒險，”哈梅爾回憶道。“那真是一個非凡的發現時期。”
但是，旅行者2號繼續向前——讓海王星孤獨地留在身後，就像它在1986年飛掠天王星後將太陽系另一顆冰巨星天王星留在身後一樣。“我們對冰巨星系統的詳細瞭解幾乎凍結在那個時候，”弗吉尼亞大學的行星科學家安妮·維比瑟說。30年後，沒有任何航天機構重返海王星或天王星，旅行者2號提出的關於這兩個世界的問題仍然大多沒有答案。“我們認為我們在太空非常忙碌，但我們只是在火星上忙碌，”曾在飛掠期間在旅行者成像團隊工作的科學家坎迪斯·漢森說。“一旦你超越了火星，就沒有那麼多飛往那麼遠的太空的任務了。還有太多東西需要學習。”
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
幸運的是，形勢可能很快就會好轉。由於行星科學界的重新關注和幸運的時機，第二次任務可能會相對較快地衝向那些寒冷而神秘的世界。
這並不是說科學家們沒有在地球上研究天王星和海王星。恰恰相反，天文學家經常轉動地面和軌道上巨型望遠鏡的鏡片，朝向太陽系的外圍，以觀察那些遙遠的巨星。但在如此遙遠的距離上，天王星和海王星都顯得微不足道。因此，需要許多技巧才能更好地對它們進行成像。科學家們已經向夜空中發射雷射來銳化他們的照片；他們研究了海衛一的大氣層，因為這顆衛星從一顆遙遠的恆星前面經過；他們還在地球上進行了實驗，以更好地理解這些行星內部存在的奇怪冰。但這些努力還不夠。“你就是無法在地球上進行那種你在身處環境中才能進行的科學研究，”SETI研究所的行星天文學家馬克·肖沃爾特說。
問題在於，前往外太陽系的探測任務雖然可行，但絕非易事——部分原因是它們至少需要十年時間。“當你可以在兩年內開發並啟動一項任務時，這要容易得多，”哈梅爾說，她現在是位於華盛頓特區的大學天文研究協會的執行副總裁。“這在一個總統資助週期內。” 此外，在遠離恆星的地方，宇宙飛船不能依靠太陽能，而是使用核燃料——例如鈽-238，它可以提供穩定的熱量供應，使其成為黑暗旅程的理想動力來源。但美國宇航局獲得這種放射性同位素的途徑長期以來都是零星的。2003年，行星科學研究所的資深科學家漢森痛苦地意識到了這一點。當美國宇航局宣佈它已經耗盡了可用的鈽時，她正要提出一項前往冰巨星的任務——這對她的提案造成了致命打擊。“這根本不可能實現，”漢森說。“但我不得不承認，我很難放下這件事。” 幸運的是，中斷並沒有持續太久。2011年，國會提供了資金，使能源部能夠恢復為美國宇航局生產鈽——並隨之恢復了再次觸及太陽系地平線的能力。
美國宇航局的核能復興來得正是時候。首先，毫無疑問，這樣的任務將徹底改變我們對外太陽系的理解，僅僅是透過在技術發展和科學發現進一步發展三十年後前往那裡。更重要的是，在2020年代後期，行星的位置將使前往海王星的宇宙飛船能夠獲得來自木星的引力助推，從這顆巨行星的擺動中獲得巨大的速度，並縮短多年的旅行時間。最後，前往天王星的任務需要在2050年之前到達該世界，以便首次看到其北半球。（當旅行者2號飛掠天王星時，只有該行星的南半球被照亮。）“我對此感到充滿希望，因為這給美國宇航局帶來了一些額外的壓力，”噴氣推進實驗室的行星科學家馬克·霍夫施塔特說。“但在我的腦海中，有一種恐懼，如果我們錯過了它，我就會錯過機會。” 霍夫施塔特今年56歲，因此當一項任務在2030年代後期到達冰巨星時，他將年過七旬——如果真能到達的話。對於他和許多其他即將退休的行星科學家來說，一項被接受的任務將是苦樂參半的。“我喜歡開玩笑說，到我們到達那裡時，他們將不得不為我預留一把搖椅和一塊流口水的手帕，”漢森說。
開普勒太空望遠鏡的最新發現進一步推動了訪問太陽系冰巨星的動力。根據開普勒對銀河系中其他行星系統的調查，科學家們現在幾乎可以肯定，冰巨星——一種與岩石行星和氣態巨行星截然不同且獨特的行星型別——是銀河系中最常見的行星。如果我們不深入瞭解這些銀河系中最豐富的居民，我們對世界的誕生、演化和消亡的理解將仍然非常不完整。然而，冰巨星違背了我們最可靠的行星形成模型中的許多模型，這些模型表明，這樣的世界應該成長為類似於木星的成熟氣態巨行星——但它們並沒有，科學家們不確定為什麼。此外，科學家們認為，冰形式的水構成了典型冰巨星內部的大部分（因此得名），但對這一關鍵細節的確定性仍然難以捉摸。“我們對天王星和海王星知之甚少，以至於為了真正理解系外行星並將它們置於背景中，我們真的需要回去完成冰巨星的任務，”美國宇航局艾姆斯研究中心的行星科學家馬克·馬利說，他研究系外行星。
馬利說，正因為如此，系外行星界對此表示強烈支援。甚至上一次行星科學十年調查（一份確定美國宇航局未來十年探索優先事項的報告）也將前往冰巨星的任務排在第三位，僅次於一項將從火星返回樣本的任務和一項前往木星衛星歐羅巴的任務。鑑於這兩項排名更高的任務現在都已順利進行，前往冰巨星的航行很可能會升至美國宇航局下一個願望清單的首位。已經有一組科學家採取行動，透過釋出一項研究，呼籲向外太陽系發射兩艘獨立的飛船，為計劃於2020年代初進行的下一次十年調查提供資訊。其中一艘將飛掠天王星，掃過其複雜的磁場，並可能將探測器投入該行星的大氣層，然後再離開去探索更遠離太陽的更小的冰凍天體。另一艘將繞海王星軌道執行，研究這顆行星和神秘的、噴射間歇泉的海衛一。
“當然，挑戰在於我們太陽系中有很多很棒的地方可以去，”哈梅爾說，她承認自己有偏見。“但我不想再回到火星了。我不想再回到金星了。我不想去另一顆彗星。我愛它們，它們是偉大的科學。但是，神秘之處在哪裡？未知之處在哪裡？沒有宇宙飛船就無法解決的巨大問號在哪裡？對我來說，那就是天王星和海王星。”