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发布时间:2019-01-02 20:15:31
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  本文作者系:知乎答主太空精酿,代尔夫特理工大学航天工程在读博士

  2019 年的第一天,已经在浩瀚太空中飞行了 4730 天的新视野号成功飞掠了一个叫做“天涯海角(Ultima Thule)”的天体(编号 2014 MU69,小行星编号 486958)。

新视野号已经完成飞掠和拍照,但数据需要近两年才能完全传回地球,在可见的未来,这张图会逐渐变得更加清晰(图源:NASA)

  把它叫做“天涯海角”,是因为它实在太远:距离太阳平均 67 亿千米,最近时也有 64 亿千米。相比之下,地球距离太阳仅 1.5 亿千米。它的平均直径仅有约 30 千米,如果将地球比作一个篮球,它仅犹如一粒盐。当它在无尽的黑暗中围绕太阳转一圈的时候,地球已悄然度过 298 年。

  所谓“君在天之涯,我在海之角”,莫过于此。

  而这一天涯海角的见证者,是新视野号探测器。它和“天涯海角”的相遇,是一系列美丽故事的延续,也一定不是整个故事的终点。

  一、为飞出太阳系而生的新视野号

  2006 年 1 月 19 日,新视野号探测器从地球出发,它的目标正如其名:为整个人类航天提供观看太阳系和宇宙的新视野。

  能够飞出太阳系,是它基本的目标。

  太阳的引力是所有探测器的终极桎梏,如果从地球出发,一个探测器需要达到至少 42.1 千米/秒的相对太阳速度,否则一定会被太阳强大的引力拽回来。即便探测器借助地球公转的速度(29.8 千米/秒),依然相距悬殊。

  为克服困难,此前仅有的四个飞出太阳系使者,先锋 10/11 号、旅行者1/2 号,无一不借助了“引力弹弓”技术:先拼尽全力飞到木星,再借助这个太阳系最大的行星引力进一步加速。旅行者二号更加夸张,木星、土星、天王星、海王星,一步一步加速,最终目标飞出太阳系。

  但这有个巨大的代价:速度慢,耗时间,而探测器的寿命是有限的,尤其是耗电大户的影像记录仪器。因而,最理想的方案是不顾一切冲出去,不借助任何“引力弹弓”。

新视野号与旅行者二号速度对比(图源:Pradeep S Bhat)

  新视野号就是这种方案,它需要一枚强大的火箭。

  NASA 现在用来进行深空探测的专用火箭是宇宙神(Atlas),为了发射新视野号,它特地升级了一个宇宙神系列火箭最强的-551 版本。这枚重达 569 吨的火箭全力以赴,将重量仅 0.478 吨的新视野号推出了超过 45 千米/秒的相对太阳速度,创造出了史上最快离开地球人造物体的速度。

  这个速度已经足够它不借助任何外力永远飞出太阳系。它只花了 13 个月时间就抵达木星,相比较而言,另一个著名的太阳系使者旅行者二号,花了 23 个月。

  二、新视野下一站,冥王星

  飞掠木星之后,它迅速朝着人类的新视野冥王星而去。冥王星是在太过遥远了,距离太阳最近也有 45 亿千米。人类对它永远只能远观,无法靠近。新视野号,就是探测它的人类唯一使者。

年轻有为的汤博(图源:Wiki)

  美国天文学家克莱德·汤博在 1930 年发现了这个传说中的太阳系第九大行星冥王星,惊动全球。在随后的征名中,英国一个叫做薇妮夏·伯尼的 11 岁女孩提出的冥王星(Pluto)一词脱颖而出,她也获得了 5 英镑作为命名的奖励。

  那一年,美国深陷经济危机,科学界冥王星的发现无疑给人们带来了新的希望,它的影响力波及到社会各行各业。正处在上升期的迪斯尼刚在两年前推出了米老鼠,它的那条一直没被命名的小狗也获得了最终的名字,布鲁托(Pluto),就是来自冥王星。

迪斯尼的布鲁托和冥王星一样,大热大火了一把(图源:Disney)

  而化学家们在 1940 年新发现的元素钚(Plutonium),也以冥王星命名。没想到,而后钚元素的同位素钚-238,成为新视野号探测冥王星的绝对动力源泉。这种 88 年半衰期的同位素会源源不断释放热量,进而可转化为电能,支持远离太阳的探测器长期工作。人类现有的 5 个飞出太阳系使者,能量供应全部依赖于此。

  三、新视野和冥王星跨越 48 亿千米的爱恋

  新视野号探测器上面还携带了一个小盒子,这里面并没有携带任何仪器设备,只有逝去汤博的骨灰。这个盒子装的位置,就是探测器飞掠冥王星时,正对着它的那一面。

汤博的骨灰和新视野号(图源:NASA)

  经过了近 10 年飞行,新视野号飞行了 47.6 亿千米,大约相当于沿着地球赤道走了 12 万圈,2015 年 7 月 14 日才在离冥王星一万多千米的地方跟冥王星打了个招呼。汤博才第一次真正“看”清了他一生无法触碰的挚爱。

  美丽的冥王星也露出了神秘的面纱,我们能清楚得看到一个心型。这是人类目前能看到的最远的爱心。

冥王星的美丽爱心里可能有一片巨大的“甲烷海”(图源:NASA)

  可是,冥王星露出了爱心,汤博却再也不可能回应。

  “嗨,你现在好么?”

  “嗨,你现在好么?”

  “嗨,你现在好么?”

  ……

  四、太阳系到底有多少“天涯海角”

  然而,冥王星的个头太过渺小。以至于如果把它算作一个行星,那么跟它类似、比它还重的阋神星也应该升级为行星,甚至其他一系列类似天体都应该被叫做行星。

  于是,在 2006 年 9 月,新视野号出发后几个月,国际天文联合会决定剥夺冥王星的行星位置,太阳系变成仅有八大行星。从冥王星 1930 年被发现到被降级,这个可怜的兄弟还没有围绕太阳走完一圈(248 年)。

  国际天文联合会还给了冥王星一个新的身份:在柯伊伯带里发现的首个天体。这里是太阳系主行星带的边缘,它是太阳从老一代恒星爆炸后星云中涅槃重生时的周边产物,这里没有形成巨大的行星,却残留着最原始的物质。没有人说的清楚这里到底有多少神秘的星球,数量可能以亿万计,也没有人说的清楚它的边界在那里。

  因而,在新视野号飞过冥王星后,它就成为人类窥视这片柯伊伯带的最佳“视野”,只是不知道后续会碰见哪一些。事实上,在新视野号出发后,现今人类最伟大的天文望远镜哈勃,也频繁将它的视野转向新视野号前进的方向,为它的未来探索指明道路。

  功夫不负有心人,2014 年 6 月 26 日,就在新视野号在筹划飞掠冥王星的一年前,哈勃在漫漫柯伊伯带发现了今天这颗“天涯海角”。它当然不是唯一的一颗,但它的位置非常理想,新视野号能用极小的燃料代价,就可以调整轨道成功飞掠它。

新视野号将逐渐揭开“天涯海角”的神秘面纱(图源:NASA)

  它在飞掠“天涯海角”时距离仅为 3500 千米。在人类航天的深空探测领域,这是一个极其了不起的成就。我们现在需要耐心等待数据在未来逐渐传回。

  新视野飞掠“天涯海角”,既是命运的安排,也是人类的奇迹。但显然,这种传奇还在继续。随着哈勃继续望向这片区域、新视野号本身也在“睁大眼睛”搜寻,人类还在继续搜索它的后续探测目标,扩展人类的“新视野”。

  比之视野的逐渐延伸,人类真正的伟大,莫过于思想的无限延伸。

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