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最遙遠(yuǎn)的邂逅
——新視野號(hào)飛掠冥王星

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2015年7月14日是個(gè)載入人類航天史冊(cè)的日子，地球人的使者——新視野太空飛船與遠(yuǎn)在太陽系“邊疆”的冥王星擦身而過。

這是人類第一次造訪這顆神秘而充滿了話題的矮行星，畢竟，從地球到冥王星的路途遙遠(yuǎn)，新視野號(hào)這艘曾經(jīng)人類歷史上最快的航天器也花了9年多才到達(dá)冥王星。要知道，新視野號(hào)出發(fā)的時(shí)候，冥王星還和地球以及其他7個(gè)兄弟姐妹并稱為太陽系九大行星呢，而她們相遇的時(shí)候，冥王星已經(jīng)被劃歸到矮行星的行列了。

當(dāng)然，新視野號(hào)遠(yuǎn)離故土，在冰冷的太空中長途跋涉，絕對(duì)不只是為了和冥王星打個(gè)招呼。這艘承載了人類好奇心的飛船一次又一次帶給人類驚喜。

踏上征程

新視野號(hào)于2006年1月19日，在美國佛羅里達(dá)州的卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。在最后關(guān)閉引擎時(shí)相對(duì)于地球的速度是16.26千米/秒，這讓它成了當(dāng)時(shí)以最快的發(fā)射速度離開地球的人造物體。

飛掠木星

在太陽系內(nèi)旅行的飛船，要想獲得更快的速度，常常會(huì)利用行星的“引力彈弓效應(yīng)”來加速。新視野號(hào)則是利用木星來加速的。雖然這只是為了更快到達(dá)冥王星所做的加速，但是科學(xué)家們并沒有浪費(fèi)這次難得的近距離觀測(cè)木星以及測(cè)試飛船上儀器的機(jī)會(huì)。

2007年2月新視野號(hào)飛掠木星的時(shí)候，所有的科學(xué)儀器進(jìn)入工作狀態(tài)，對(duì)木星的大氣、大紅斑、衛(wèi)星、光環(huán)都做了詳細(xì)的觀測(cè)。雖然只是路過時(shí)的驚鴻一瞥，但是科學(xué)家們從她傳回的數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)了大量之前從未見過的現(xiàn)象。

新視野號(hào)拍攝的大紅斑。圖片來源：NASA

新視野號(hào)拍攝到的木星的四顆伽利略衛(wèi)星。圖片來源：N ASA

最后一次喚醒

飛掠木星后，新視野號(hào)大多數(shù)時(shí)間都處于休眠狀態(tài)，以節(jié)約電力，延緩設(shè)備老化。2014年12月7日，科學(xué)家最后一次叫醒了新視野號(hào)，這標(biāo)志著新視野號(hào)對(duì)冥王星的探索活動(dòng)正式開始了。在這之后到飛掠冥王星的7個(gè)多月中，科學(xué)家將對(duì)新視野號(hào)的各個(gè)儀器設(shè)備進(jìn)行一系列的測(cè)試，并且修正她的飛行軌道，以保證飛掠任務(wù)萬無一失。

小插曲

2015年7月4日（美國時(shí)間），美國的獨(dú)立日，也是飛掠冥王星倒計(jì)時(shí)10天的時(shí)候，新視野號(hào)突然發(fā)生異常并與地球失去聯(lián)系。這可把科學(xué)家們嚇壞了，要知道，這時(shí)候新視野號(hào)距離地球有48億千米，向新視野號(hào)發(fā)送一個(gè)指令要9個(gè)小時(shí)之后才能收到回應(yīng)。如果不能在飛掠冥王星前把問題解決，科學(xué)家們9年的努力都將付之東流。幸好，兩天后科學(xué)家們就查明了原因：并不是新視野號(hào)上的軟件或者硬件錯(cuò)誤，只是上傳的指令序列中一個(gè)計(jì)時(shí)錯(cuò)誤。這個(gè)錯(cuò)誤不會(huì)影響后續(xù)的飛掠任務(wù)，新視野號(hào)繼續(xù)向著冥王星飛去。

飛掠冥王星

北京時(shí)間7月1 4日1 9點(diǎn)49分57秒，新視野號(hào)終于到達(dá)了旅途中與冥王星最靠近的位置。雖然大家都急切地想知道冥王星是什么樣子的，但是飛掠時(shí)，新視野號(hào)一直在悶頭對(duì)冥王星進(jìn)行拍攝，并沒有向地球傳回任何信號(hào)。直到第二天上午，人們才收到了第一批從冥王星旁傳回的信息。冥王星的真面目也第一次展現(xiàn)在地球人面前。

看到那顆巨大心了么？也許這就是冥王星對(duì)地球人的問候吧。這片心形的區(qū)域其實(shí)是一片由固態(tài)氮、一氧化碳、氨組成的雪原，它被命名為“湯博區(qū)”，以紀(jì)念冥王星的發(fā)現(xiàn)者克萊德?湯博。

圖片來源：N ASA

飛掠冥王星之后做什么？

新視野號(hào)與冥王星親密接觸之后，其任務(wù)并沒有結(jié)束。之后的幾小時(shí)里新視野號(hào)會(huì)飛掠冥王星最大的衛(wèi)星卡戎，并且依次進(jìn)入冥王星和卡戎的陰影中。在陰影中，新視野號(hào)可以利用自身攜帶的光譜儀對(duì)冥王星和卡戎的大氣進(jìn)行觀測(cè)，來研究其成分。

圖片來源：N ASA

之后，雖然新視野號(hào)在漸漸遠(yuǎn)離冥王星系統(tǒng)，但是她還將繼續(xù)對(duì)冥王星及其衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，直到201 6年1月，整個(gè)冥王星的觀測(cè)任務(wù)才結(jié)束。

告別冥王星一家后，新視野號(hào)繼續(xù)向著更遠(yuǎn)的柯伊伯帶前進(jìn)，去拜訪1~2個(gè)柯伊伯帶天體，然后就像她的前輩——旅行者號(hào)一樣，向太陽系更邊遠(yuǎn)的地方前進(jìn)。

極慢的數(shù)據(jù)傳輸速度

畢竟，新視野號(hào)已經(jīng)距離地球48億千米，從這么遠(yuǎn)的距離把數(shù)據(jù)傳送回來可不是一件容易的事情。據(jù)測(cè)算，新視野號(hào)在冥王星附近向地球傳輸數(shù)據(jù)的速度大概是2kb/ s，這是一個(gè)什么概念呢？常見的3G手機(jī)的下載速度大概是幾千kb/s量級(jí)，是新視野號(hào)傳輸速度的1 000倍！估計(jì)到201 6年1 0月甚至可能到1 2月，整個(gè)冥王星觀測(cè)任務(wù)的數(shù)據(jù)才能全部傳回地球。不過，既然已經(jīng)等了9年，這點(diǎn)時(shí)間又算什么呢？

所以，現(xiàn)在新視野號(hào)飛掠冥王星時(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)正在慢慢向地球傳輸，會(huì)不斷地有新的驚喜向人們展現(xiàn)出來的。

目前已經(jīng)得到的科學(xué)成果

雖然大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)還在一點(diǎn)點(diǎn)的傳輸，但是利用已經(jīng)取得的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們也找到了很多有趣的東西：

冥王星的直徑是2370±20千米，這說明冥王星是柯伊伯帶里最大的天體。曾經(jīng)和冥王星競爭這個(gè)位置的鬩神星（Eris）的直徑是2336±1 2千米，略輸給冥王星一點(diǎn)點(diǎn)。之前之所以測(cè)不準(zhǔn)冥王星的直徑，是因?yàn)橼ね跣巧嫌写髿鈱?，使得人類在地球上沒辦法看清冥王星的邊界在哪里。

冥王星上有極冠，是由甲烷和氮

構(gòu)成的。這個(gè)結(jié)果并不出乎意料，科學(xué)家早就預(yù)言了冥王星上的極冠結(jié)構(gòu)，但是這還是人們第一次親眼觀測(cè)到這個(gè)結(jié)果。

圖片來源：N ASA

拉爾夫探測(cè)器（Ralph）的光譜觀測(cè)表明，冥王星表面被大量的甲烷冰覆蓋。而且，在北極地區(qū)，由于固態(tài)的甲烷和氮?dú)饣旌显谝黄?，使得這里的紅外線被大量吸收（右圖綠色曲線）。而在赤道附近的一塊深色區(qū)域里，甲烷冰的紅外線吸收就沒有那么強(qiáng)烈（右圖紅色曲線）。科學(xué)家推測(cè)，這可能是兩個(gè)地點(diǎn)的甲烷冰的狀態(tài)不太一樣造成的。其實(shí)，在地球上也能看到類似的情況：從衛(wèi)星上看，同樣是冰，剛剛下過的雪是白色的，而南北極的冰冠則是看起來發(fā)藍(lán)。

冥王星的大氣層非常厚。新視野號(hào)探測(cè)到的冥王星大氣層有1600千米厚，這比之前在地球上觀測(cè)到的厚度（270千米）要厚了不少。而且，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比地球大氣要厚。地球的直徑有1.3萬千米，而大氣的厚度只有120千米，直徑只有2300千米的冥王星卻有一個(gè)1600千米厚的大氣層。遠(yuǎn)離太陽使冥王星的大氣層免于被太陽輻射蒸干，而小巧的冥王星上微弱的引力使她上面的大氣可以彌散到很遠(yuǎn)的范圍。

冥王星大氣外還有一個(gè)巨大的離子“尾巴”。這個(gè)巨大的離子尾是在距離冥王星7.7~10.9萬千米的位置上被新視野號(hào)的冥王星太陽風(fēng)分析儀（SWAP）探測(cè)到的，它是由于太陽風(fēng)“吹拂”形成。金星和火星也有這樣一個(gè)“尾巴”。

圖片來源：N ASA

冥王星上可能還有地質(zhì)活動(dòng)。高分辨率的照片顯示，冥王星上有山脈，而這些山脈是在距今1億年內(nèi)形成的，這說明冥王星在近期，甚至現(xiàn)在還存在著地質(zhì)活動(dòng)，而不是人們?cè)瓉硐胂蟮哪菢铀罋獬脸痢?/p>

圖片來源：N ASA

冥王星上發(fā)現(xiàn)一大片平坦的“冰”原，當(dāng)然，這里的冰和地球不一樣，并不是由水組成的，而是由一氧化碳、氨等物質(zhì)組成的。這片冰原位于湯博區(qū)中心附近，冰原上幾乎沒有隕石坑，但是有很多不規(guī)則的溝槽將冰面分割開來。科學(xué)家對(duì)這些溝槽的形成有兩種猜測(cè)，一個(gè)可能是和泥漿干燥時(shí)類似，冰原在形成時(shí)收縮產(chǎn)生的；另一個(gè)可能則是由于冥王星內(nèi)部的地質(zhì)活動(dòng)造成的。

新視野號(hào)拍下的卡戎（冥衛(wèi)一）照片，可以看出極區(qū)（深色區(qū)域）和峽谷等地形。圖片來源：N ASA

新視野號(hào)為什么不留下來陪著冥王星？

目前，人類對(duì)太陽系內(nèi)天體的探索形式主要有：飛掠、硬著陸、環(huán)繞、軟著陸等幾種。由于飛掠和硬著陸的有效觀測(cè)時(shí)間比較短，軟著陸技術(shù)難度比較大，所以現(xiàn)在大多采用環(huán)繞的方式進(jìn)行探索。水星、金星、地球、火星、木星、土星甚至月亮、丘留莫夫－格拉西緬科彗星上都曾有過人類的探測(cè)器環(huán)繞，為什么這次新視野號(hào)不能繞著冥王星轉(zhuǎn)呢？

其實(shí)原因很簡單：新視野號(hào)太快了。新視野太空飛船在發(fā)射時(shí)就是當(dāng)時(shí)速度最快的探測(cè)器，她只用了9個(gè)小時(shí)就從地球跑到月球軌道了。對(duì)比一下，嫦娥2號(hào)從地球進(jìn)入月球軌道花了5天的時(shí)間。

之后又經(jīng)過了木星的加速，小小的冥王星根本沒法用引力捕獲這么快的探測(cè)器，而減速又需要消耗大量燃料，對(duì)于新視野號(hào)這位長途旅行者來說，攜帶大量燃料是不現(xiàn)實(shí)的。所以新視野號(hào)只能和冥王星擦肩而過，卻不能駐足凝望了。

那為什么新視野號(hào)要飛得那么快呢？因?yàn)樗s時(shí)間啊。冥王星和地球一樣，赤道和黃道有一個(gè)夾角，所以在太陽不直射赤道的時(shí)候，在冥王星的南北極之一就會(huì)出現(xiàn)極夜，使得探測(cè)器沒辦法看到兩極地區(qū)的全貌。而冥王星上的“一年”（公轉(zhuǎn)周期）將近250個(gè)地球年，趕不上這次觀測(cè)機(jī)會(huì)的話，就得等一百多年以后了。九年天文學(xué)家們?cè)敢獾?，一百多年的話，他們就等不及了?/p>

所以這次新視野號(hào)的旅程與其說是邂逅，不如說是趕去赴約，人類的好奇心與廣袤宇宙的約定。