在冥王星,一個開始的結束

今天早上早些時候,如果一切順利,行星際探索的第一個黃金時代將宣告結束

New Horizons shot of Pluto

這是新視野號在最接近時拍攝的最後一張、也是最詳細的冥王星影像,攝於東部時間7月13日下午4點。當時探測器距離冥王星表面766,000公里。

美國國家航空航天局/約翰霍普金斯大學應用物理實驗室/西南研究院

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本文發表在《大眾科學》的前部落格網路上,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


今天早上早些時候,如果一切順利,行星際探索的第一個黃金時代將宣告結束。東部時間7:49,美國國家航空航天局的新視野號探測器預計將到達其主要目標——冥王星及其衛星,從而結束一些人所謂的對已知太陽系的初步勘測。

儘管新視野號的概念早在 20 世紀 80 年代末就已提出,但由於多年的延誤、重新設計,甚至幾乎被取消,直到 2006 年才發射。它前往冥王星的 50 億公里不太可能的旅程歷時數十年。然而今天,在其任務的高潮,探測器預計將在不到三分鐘的時間內穿過冥王星的範圍,以近 50,000 公里的時速在表面上方 12,500 公里處飛馳。從一開始,探測器就是為速度而定製的。攜帶足夠的燃料在冥王星上進入軌道會使新視野號過於龐大、昂貴和緩慢,甚至無法在最初發射,所以它將飛掠而過,繼續向外,踏上無盡的星際之夜旅程。

在短暫的近距離接觸期間,新視野號將忙於收集資料而無法立即向地球傳送資訊,而是利用這些寶貴的時刻,用一套七種儀器仔細檢查這顆行星,所有儀器都使用相當於夜燈的電力執行。任務規劃者只有在今晚晚些時候透過無線電訊號才能得知飛掠是否成功。或者,他們可能會透過什麼都聽不到來得知它失敗了——探測器在透過冥王星系統時,估計有萬分之一的機率會因與碎片發生破壞性的高速碰撞而受損。


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假設新視野號的飛掠是成功的,其以光速向太陽傳播的確認訊號將在發射後約 4.5 小時到達地球,預計到達時間為晚上 8:53。雖然主要遭遇的時間可以用分鐘和小時來衡量,但如此遙遠的距離所施加的緩慢資料傳輸速率確保了新視野號將一直向地球傳送其存檔的影像到 2017 年。

對於如此大膽和輝煌的壯舉,對新視野號即將到來的遭遇的報道大多帶有一種輓歌式的、有些悲觀的語氣。在大多數知識淵博的觀察家看來,似乎普遍的觀點是,這次任務在多方面標誌著一個時代的結束:新視野號不僅標誌著我們的行星際偵察的結束,而且標誌著任何再次接近或超越其探索宏偉的可能性永遠結束。《紐約時報》的科學作家丹尼斯·奧弗拜甚至預測,“我們今天活著的人都不會再次第一次近距離看到一顆新行星”,並指出新視野號的首席科學家艾倫·斯特恩稱他的任務為“最後一張照片展”。

也許他們是對的,新視野號的成功可能會為探索太陽系遙遠的外圍地區拉下帷幕,儘管我知道奧弗拜、斯特恩以及大多數其他持有類似觀點的人都希望被證明是錯誤的。目前既沒有令人信服的動機,也沒有私人部門進行此類航行的途徑,也沒有理由相信這種情況會在短期內發生改變。對於各國政府來說,科學預算持續平緩(或下降)的趨勢,加上具有劃時代意義的任務成本不斷上升,為進一步雄心勃勃地在外層空間漫遊提供了黯淡的預測。而且,是的,冥王星確實是太陽系中最後一個未被探索的世界——但這僅僅是當你對“世界”是什麼以及探索它是什麼構成採取相當狹隘的觀點時。有時,新的觀點可以讓你第一次看到即使是熟悉的事物。新視野號前往冥王星的旅程並非真正的結束;相反,它只是一個開始的結束。

天文學家克萊德·湯博在 1930 年發現了冥王星,在一系列攝影底片中,他發現它是一個在背景恆星中移動的小點。在隨後的 85 年裡,它幾乎只是一個點。然而,可以說,來自地面天文臺和哈勃太空望遠鏡的低解析度影像已經探索了冥王星及其最大的衛星卡戎十多年了。你必須深入觀察到什麼程度才能稱之為“探索”?考慮到即使在探測器飛掠之後,我們仍然幾乎完全不瞭解天王星和海王星,或者,就此而言,不瞭解木衛二、土衛二和其他冰冷衛星的地下海洋中潛藏的本質。太陽系外圍幾乎完全未被探索——就目前而言——儘管我們有其他的自負。

對於冥王星來說,兩顆天體表面特徵的像樣的圖片實際上只是在新視野號越來越近、外星世界進入視野的最近幾周才出現的。這些較新的影像已經揭示了值得進一步研究的細節。冥王星擁有明亮的甲烷和氮冰極冠,以及赤道附近的斑駁區域,這表明其地質結構奇異而複雜。相比之下,卡戎則擁有一個神秘的黑色極地地區,顯然沒有明亮的冰,以及一個比地球上的大峽谷更深更長的撞擊形成的地塹。更多更好的影像很快將從新視野號遙遠的記憶庫中湧出,毫無疑問會充滿更大的奇蹟——也許是冰火山的跡象,或者是古代冰凍海洋的跡象,或者是如此奇異和出乎意料的事物,以至於我們無法想象。唯一無法想象的是,它們不會包含任何足以在未來某天召喚我們返回的誘人之處。

在冥王星之後,新視野號的任務不會結束。它的軌跡將把它帶入柯伊伯帶未被探索的前沿,這是一個廣闊的領域,稀疏地分佈著數百萬個冰冷的遺留物,這些遺留物自太陽系誕生以來就一直處於深度凍結狀態。科學家們希望透過研究這些遺留物來解開太陽及其行星群最初是如何形成的秘密。在未來的幾年裡,新視野號將訪問一個或多個小型柯伊伯帶天體,每個天體的大小都只有幾十公里,儘管一些柯伊伯帶天體至少有冥王星那麼大,冥王星是地球月球的四分之三大小。

在黑暗的外層空間中翻滾的冥王星大小的天體的泛濫對新視野號來說既是祝福又是詛咒:在任務發射後不久,所有這些新發現的世界都促使天文學家對冥王星進行重新分類,將其從完整的行星降級到目前的“矮行星”地位。其中一個天體,被發現者加州理工學院的天文學家邁克·布朗稱為“鬩神星”,對反對冥王星的案例至關重要。鬩神星的軌道比冥王星遠三倍,而且被認為更大。如果冥王星是一顆行星,為什麼不包括鬩神星及其所有散落的同類呢?天文學家們並沒有在太陽系中承認數十顆——甚至數百顆——新的行星,而是選擇將經典的行星數量減少一顆,給了我們八顆行星和許多許多次要的行星。即便如此,無論它們被稱為什麼,這些次要的行星仍然是成熟的世界,而我們對它們中的任何一個都幾乎一無所知。

令人驚訝的是,昨天在新聞釋出會上宣佈的新視野號對冥王星大小的最新、最佳測量結果顯示,冥王星實際上比之前認為的要大一些。新的測量結果證實它是柯伊伯帶的統治者,比鬩神星大 30 公里左右。但即使它比鬩神星大,其他測量結果也表明鬩神星的質量更大——這兩個天體的大小相似,但成分卻非常不同,原因不明。

我們如何才能解開鬩神星的謎團,並更多地瞭解我們太陽系的深層起源?“也許我們應該去看看,”布朗

更遠的地方,遠在冥王星和鬩神星之外,一個更大的謎團在等待著我們。在布朗發現鬩神星之前,他在柯伊伯帶外圍的狂野軌道上發現了一個更奇怪的世界,名為賽德娜,它的最遠延伸距離太陽比海王星遠 30 多倍。賽德娜是怎麼到達那裡的?目前還沒有人確切知道,但最有可能的答案似乎是,來自非常遙遠的地方的某個非常大的物體的引力推力與此有關。

賽德娜和其他新發現的天體讓布朗和許多其他天文學家懷疑,在太陽的黑暗腹地中至少潛伏著一顆比地球大幾倍的真正行星。新視野號缺乏探測或訪問如此微弱、遙遠的世界的儀器或燃料,但即將首次亮相的地面和太空天文臺應該能夠勝任發現它的任務。如果事實上被證明在海王星之外存在一顆巨大而神秘的行星,那麼很難想象我們不會有一天至少嘗試去拜訪它。

這是你我可能活到看到的嗎?也許不是。但更奇怪的事情也發生過——就像新視野號前往冥王星的任務本身一樣,這是一個開始的結束。

Lee Billings is a science journalist specializing in astronomy, physics, planetary science, and spaceflight, and is a senior editor at 大眾科學. He is the author of a critically acclaimed book, Five Billion Years of Solitude: the Search for Life Among the Stars, which in 2014 won a Science Communication Award from the American Institute of Physics. In addition to his work for 大眾科學, Billings's writing has appeared in the New York Times, the Wall Street Journal, the Boston Globe, Wired, New Scientist, Popular Science, and many other publications. A dynamic public speaker, Billings has given invited talks for NASA's Jet Propulsion Laboratory and Google, and has served as M.C. for events held by National Geographic, the Breakthrough Prize Foundation, Pioneer Works, and various other organizations.

Billings joined 大眾科學 in 2014, and previously worked as a staff editor at SEED magazine. He holds a B.A. in journalism from the University of Minnesota.

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