冥王星已遠去,下一個目標:天涯海角

美國宇航局的“新視野號”即將抵達有史以來近距離觀測過的最遙遠天體——而且可能還會有更多發現

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“美國宇航局的新視野號宇宙飛船發射升空,開始了為期十年的拜訪冥王星及其更遠目標的旅程!”

2006年1月19日,當強大的220英尺高的阿特拉斯五號火箭,攜帶著這艘小型的星際飛船,從佛羅里達州的藍色天空射向太空時,這些話從揚聲器中響起,激動了在卡納維拉爾角聚集的成千上萬的人們,以及更多透過電視和網際網路觀看的人們的心靈。這是有史以來從地球起飛速度最快的一次發射,因為有效載荷的目標是有史以來太空探測器所針對的最遙遠的天體。當龐大的阿特拉斯火箭清除發射塔時,最後三個詞——“及其更遠目標”——可能在人們對冥王星的狂熱中並沒有引起太多的注意,但現在,近13年後,我們即將揭曉這意味著什麼。

柯伊伯帶是一個廣闊而遙遠的區域,其中包含數百萬個冰凍的原始天體。當美國宇航局在1990年首次研究一項前往冥王星的任務時,人們推測存在著柯伊伯帶,但尚未發現它。20世紀90年代初的發現表明,冥王星不僅僅是太陽系邊緣的一個怪異天體,而是海王星軌道之外一個完全未開發的區域的一部分。這一發現幫助獲得了科學界對一項任務的支援,該任務被重新定義為探索冥王星柯伊伯帶。


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在我們的科幻幻想節目中,未來世紀的宇宙飛船總是通用的,能夠前往他們勇敢的船長所指揮的任何地方。在21世紀,我們仍然處於一個時代,我們的深空飛行器是單次使用的,設計只能到達特定的目標,而且通常攜帶的燃料和資源勉強足以到達。我們曾幾次能夠將我們的一些飛行器送往額外的“擴充套件”任務,以訪問另一顆彗星或小行星。

然而,“新視野號”的眾多卓越特性之一是,它從一開始就被設計為在飛掠冥王星後繼續前進,探索在發射時甚至尚未被識別的更遠的世界。這是必要的,因為在發射時,沒有已知的柯伊伯帶天體是“新視野號”在訪問冥王星後可以到達的。然而,我們關於柯伊伯帶的統計知識表明,應該存在許多這樣的天體,它們可能會在“新視野號”飛行途中被發現。一旦發生這種情況,“新視野號”將被重新定向以訪問其中一個。

這項搜尋並沒有按計劃進行。事實證明,找到冥王星後的目標比預期的要困難得多。這主要是因為,事情的安排是,需要探索的天空區域靠近銀河系的中心——這是在密集的背景恆星中尋找新的、微弱天體的最糟糕的天體區域。“新視野號”在穿越太陽系的九年旅程中,使用最好的地面望遠鏡進行了多年的觀測,未能發現合適的天體。情況到了,擴充套件的柯伊伯帶任務的成功確實令人懷疑。

只有使用哈勃太空望遠鏡的計劃外搜尋才可能挽救局面。2014年6月,就在飛掠冥王星的前一年,哈勃望遠鏡被投入使用,“新視野號”團隊設法找到了兩個他們的飛行器可以用現有燃料訪問的天體。其中,天體MU69,現在被暱稱為天涯海角(一個希臘-拉丁混血詞,意思是“已知世界之外”),處於更有利的軌道上進行攔截。

因此,自2015年7月圍繞冥王星飛行以來,並向我們展示了那顆矮行星及其5顆衛星的所有令人驚訝的、多種多樣的榮耀,“新視野號”一直在直線飛向天涯海角,它繞地球的軌道比冥王星遠10億英里。在除夕夜,進入2019年時,天涯海角將成為迄今為止人類飛行器探索過的最遙遠的世界,“新視野號”在柯伊伯帶寒冷、黑暗的遠方又行駛了三年半的時間,將掠過其表面數千英里。

最近的接近將在美國東部時間午夜過後33分鐘到達,但成功或失敗的訊息直到第二天早上才會傳到地球。在40億英里處,這次相遇的前所未有的距離也意味著比以往任何一次飛掠都要大得多的通訊延遲:地球和航天器之間光速往返需要12個小時。在執行最後一次機動時,航天器將真正地獨自飛行。與我們的日曆翻頁同步完全是偶然的,但這應該會帶來一個特別值得慶祝的相遇:終於,有一個真正的原因可以在除夕夜熬夜到午夜之後!

從來沒有過如此迅速地從對一個全新的太陽系天體的無知過渡到相對清晰的認識的前景。通常,我們在進入飛掠相遇時,對我們的目標的瞭解比現在對天涯海角的瞭解要多得多。我們所知道的只是它的大致尺寸(大約20英里寬),它似乎具有雙葉形狀,它甚至可能是兩個相互環繞的獨立天體,並且它的整體顏色比冥王星稍紅。

因為它太遙遠、太小且太暗,我們甚至沒有關於其表面成分的詳細光譜線索。而且由於它是一個如此小的目標,“新視野號”移動速度如此之快,直到相遇前幾天,它才會被解析成多個畫素。即使與其他第一次飛掠相比,這些飛掠總是忙碌的發現爆發,這一次也將很快發生。

三年前向我們展示冥王星的同一套七個精密科學儀器現在將被用來快速但詳細地研究天涯海角及其環境。它是隕石坑遍佈嗎?均勻還是多樣?粗糙還是光滑?多岩石還是冰冷?很快我們就會有答案和線索,不僅是關於這個神秘天體的歷史,而且還會對太陽系失落的起源故事有新的認識。因為柯伊伯帶是太陽系遙遠的建築倉庫,是製造行星剩下的建築材料被儲存在陰涼乾燥的地方。到目前為止,它一直是被禁止的,等待著有足夠好奇心和聰明的人去那裡,發現它所保留的關於行星最初建造的原始材料和過程的遺蹟。

透過飛掠冥王星,最後一個經典已知的行星從斑點過渡到世界,從望遠鏡點過渡到精細拍攝的景觀。隨著即將到來的天涯海角飛掠,我們太陽系的另一個巨大領域將從僅僅對遙遠、未解析的點進行天文研究,轉變為對各種天體的表面、形狀和歷史進行地質研究。

這將是我們第一次近距離觀察如此遙遠的天體,並且很可能是我們多年甚至幾十年來的最後一次。但也可能不是。自飛掠冥王星以來,人們對可能進行新的柯伊伯帶任務的興趣日益濃厚,而天涯海角的新結果可能會增加動力。甚至“新視野號”也可能在其穿越柯伊伯帶的過程中訪問更多天體。燃料有限,但可以進行一些重新定向。核電池正在緩慢衰減,但航天器應該可以執行,並在未來十年內保持與地球的通訊。“新視野號”上的機載望遠鏡相機可以用來搜尋其路徑上的更多目標。

如果運氣好的話,這艘旅途遙遠的航天器可能會在它永遠漂流到星系之前找到另一個可以訪問的世界,這艘廢棄的航天器已經完成了它的任務,是21世紀人類好奇心和勇氣的遺蹟。

David Grinspoon is a senior scientist at the Planetary Science Institute in Tucson, Ariz. In 2012 and 2013 he served as the U.S. Library of Congress's first chair of astrobiology while researching his book Earth in Human Hands: Shaping Our Planet's Future (Grand Central, 2016).

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