最遥远的邂逅——新视野号飞掠冥王星

□ Topp

最遥远的邂逅
——新视野号飞掠冥王星

□ Topp

2015年7月14日是个载入人类航天史册的日子，地球人的使者——新视野太空飞船与远在太阳系“边疆”的冥王星擦身而过。

这是人类第一次造访这颗神秘而充满了话题的矮行星，毕竟，从地球到冥王星的路途遥远，新视野号这艘曾经人类历史上最快的航天器也花了9年多才到达冥王星。要知道，新视野号出发的时候，冥王星还和地球以及其他7个兄弟姐妹并称为太阳系九大行星呢，而她们相遇的时候，冥王星已经被划归到矮行星的行列了。

当然，新视野号远离故土，在冰冷的太空中长途跋涉，绝对不只是为了和冥王星打个招呼。这艘承载了人类好奇心的飞船一次又一次带给人类惊喜。

踏上征程

新视野号于2006年1月19日，在美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地发射升空。在最后关闭引擎时相对于地球的速度是16.26千米/秒，这让它成了当时以最快的发射速度离开地球的人造物体。

飞掠木星

在太阳系内旅行的飞船，要想获得更快的速度，常常会利用行星的“引力弹弓效应”来加速。新视野号则是利用木星来加速的。虽然这只是为了更快到达冥王星所做的加速，但是科学家们并没有浪费这次难得的近距离观测木星以及测试飞船上仪器的机会。

2007年2月新视野号飞掠木星的时候，所有的科学仪器进入工作状态，对木星的大气、大红斑、卫星、光环都做了详细的观测。虽然只是路过时的惊鸿一瞥，但是科学家们从她传回的数据中，发现了大量之前从未见过的现象。

新视野号拍摄的大红斑。图片来源：NASA

新视野号拍摄到的木星的四颗伽利略卫星。图片来源：N ASA

最后一次唤醒

飞掠木星后，新视野号大多数时间都处于休眠状态，以节约电力，延缓设备老化。2014年12月7日，科学家最后一次叫醒了新视野号，这标志着新视野号对冥王星的探索活动正式开始了。在这之后到飞掠冥王星的7个多月中，科学家将对新视野号的各个仪器设备进行一系列的测试，并且修正她的飞行轨道，以保证飞掠任务万无一失。

小插曲

2015年7月4日（美国时间），美国的独立日，也是飞掠冥王星倒计时10天的时候，新视野号突然发生异常并与地球失去联系。这可把科学家们吓坏了，要知道，这时候新视野号距离地球有48亿千米，向新视野号发送一个指令要9个小时之后才能收到回应。如果不能在飞掠冥王星前把问题解决，科学家们9年的努力都将付之东流。幸好，两天后科学家们就查明了原因：并不是新视野号上的软件或者硬件错误，只是上传的指令序列中一个计时错误。这个错误不会影响后续的飞掠任务，新视野号继续向着冥王星飞去。

飞掠冥王星

北京时间7月1 4日1 9点49分57秒，新视野号终于到达了旅途中与冥王星最靠近的位置。虽然大家都急切地想知道冥王星是什么样子的，但是飞掠时，新视野号一直在闷头对冥王星进行拍摄，并没有向地球传回任何信号。直到第二天上午，人们才收到了第一批从冥王星旁传回的信息。冥王星的真面目也第一次展现在地球人面前。

看到那颗巨大心了么？也许这就是冥王星对地球人的问候吧。这片心形的区域其实是一片由固态氮、一氧化碳、氨组成的雪原，它被命名为“汤博区”，以纪念冥王星的发现者克莱德•汤博。

图片来源：N ASA

飞掠冥王星之后做什么？

新视野号与冥王星亲密接触之后，其任务并没有结束。之后的几小时里新视野号会飞掠冥王星最大的卫星卡戎，并且依次进入冥王星和卡戎的阴影中。在阴影中，新视野号可以利用自身携带的光谱仪对冥王星和卡戎的大气进行观测，来研究其成分。

图片来源：N ASA

之后，虽然新视野号在渐渐远离冥王星系统，但是她还将继续对冥王星及其卫星进行观测，直到201 6年1月，整个冥王星的观测任务才结束。

告别冥王星一家后，新视野号继续向着更远的柯伊伯带前进，去拜访1~2个柯伊伯带天体，然后就像她的前辈——旅行者号一样，向太阳系更边远的地方前进。

极慢的数据传输速度

毕竟，新视野号已经距离地球48亿千米，从这么远的距离把数据传送回来可不是一件容易的事情。据测算，新视野号在冥王星附近向地球传输数据的速度大概是2kb/ s，这是一个什么概念呢？常见的3G手机的下载速度大概是几千kb/s量级，是新视野号传输速度的1 000倍！估计到201 6年1 0月甚至可能到1 2月，整个冥王星观测任务的数据才能全部传回地球。不过，既然已经等了9年，这点时间又算什么呢？

所以，现在新视野号飞掠冥王星时的观测数据正在慢慢向地球传输，会不断地有新的惊喜向人们展现出来的。

目前已经得到的科学成果

虽然大量的观测数据还在一点点的传输，但是利用已经取得的数据，科学家们也找到了很多有趣的东西：

冥王星的直径是2370±20千米，这说明冥王星是柯伊伯带里最大的天体。曾经和冥王星竞争这个位置的阋神星（Eris）的直径是2336±1 2千米，略输给冥王星一点点。之前之所以测不准冥王星的直径，是因为冥王星上有大气层，使得人类在地球上没办法看清冥王星的边界在哪里。

冥王星上有极冠，是由甲烷和氮

构成的。这个结果并不出乎意料，科学家早就预言了冥王星上的极冠结构，但是这还是人们第一次亲眼观测到这个结果。

图片来源：N ASA

拉尔夫探测器（Ralph）的光谱观测表明，冥王星表面被大量的甲烷冰覆盖。而且，在北极地区，由于固态的甲烷和氮气混合在一起，使得这里的红外线被大量吸收（右图绿色曲线）。而在赤道附近的一块深色区域里，甲烷冰的红外线吸收就没有那么强烈（右图红色曲线）。科学家推测，这可能是两个地点的甲烷冰的状态不太一样造成的。其实，在地球上也能看到类似的情况：从卫星上看，同样是冰，刚刚下过的雪是白色的，而南北极的冰冠则是看起来发蓝。

冥王星的大气层非常厚。新视野号探测到的冥王星大气层有1600千米厚，这比之前在地球上观测到的厚度（270千米）要厚了不少。而且，也远远比地球大气要厚。地球的直径有1.3万千米，而大气的厚度只有120千米，直径只有2300千米的冥王星却有一个1600千米厚的大气层。远离太阳使冥王星的大气层免于被太阳辐射蒸干，而小巧的冥王星上微弱的引力使她上面的大气可以弥散到很远的范围。

冥王星大气外还有一个巨大的离子“尾巴”。这个巨大的离子尾是在距离冥王星7.7~10.9万千米的位置上被新视野号的冥王星太阳风分析仪（SWAP）探测到的，它是由于太阳风“吹拂”形成。金星和火星也有这样一个“尾巴”。

图片来源：N ASA

冥王星上可能还有地质活动。高分辨率的照片显示，冥王星上有山脉，而这些山脉是在距今1亿年内形成的，这说明冥王星在近期，甚至现在还存在着地质活动，而不是人们原来想象的那样死气沉沉。

图片来源：N ASA

冥王星上发现一大片平坦的“冰”原，当然，这里的冰和地球不一样，并不是由水组成的，而是由一氧化碳、氨等物质组成的。这片冰原位于汤博区中心附近，冰原上几乎没有陨石坑，但是有很多不规则的沟槽将冰面分割开来。科学家对这些沟槽的形成有两种猜测，一个可能是和泥浆干燥时类似，冰原在形成时收缩产生的；另一个可能则是由于冥王星内部的地质活动造成的。

新视野号拍下的卡戎（冥卫一）照片，可以看出极区（深色区域）和峡谷等地形。图片来源：N ASA

新视野号为什么不留下来陪着冥王星？

目前，人类对太阳系内天体的探索形式主要有：飞掠、硬着陆、环绕、软着陆等几种。由于飞掠和硬着陆的有效观测时间比较短，软着陆技术难度比较大，所以现在大多采用环绕的方式进行探索。水星、金星、地球、火星、木星、土星甚至月亮、丘留莫夫－格拉西缅科彗星上都曾有过人类的探测器环绕，为什么这次新视野号不能绕着冥王星转呢？

其实原因很简单：新视野号太快了。新视野太空飞船在发射时就是当时速度最快的探测器，她只用了9个小时就从地球跑到月球轨道了。对比一下，嫦娥2号从地球进入月球轨道花了5天的时间。

之后又经过了木星的加速，小小的冥王星根本没法用引力捕获这么快的探测器，而减速又需要消耗大量燃料，对于新视野号这位长途旅行者来说，携带大量燃料是不现实的。所以新视野号只能和冥王星擦肩而过，却不能驻足凝望了。

那为什么新视野号要飞得那么快呢？因为她要赶时间啊。冥王星和地球一样，赤道和黄道有一个夹角，所以在太阳不直射赤道的时候，在冥王星的南北极之一就会出现极夜，使得探测器没办法看到两极地区的全貌。而冥王星上的“一年”（公转周期）将近250个地球年，赶不上这次观测机会的话，就得等一百多年以后了。九年天文学家们愿意等，一百多年的话，他们就等不及了。

所以这次新视野号的旅程与其说是邂逅，不如说是赶去赴约，人类的好奇心与广袤宇宙的约定。