天文史上的今天：一艘飞向冥王星的小小飞船

　　来源：星空早知道微信公众号

　　摘要：

　　2006年1月19日，“新视野号”探测器发射升空。

　　这是人类第一艘抵达冥王星的探测器，并且，它将永远地离开太阳系。


这是哪个星球？这是冥王星，从背光方向观察，可以看到一层薄薄的大气层。来源：NASA

　　1992年8月份的一天，冥王星的发现者，当时已经86岁高龄的克莱德?汤博突然接到一个电话，电话那头是美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的一位科学家。

　　对方说：“请问，我们可以来访问您的星球吗？”

　　汤博想了想，说：“欢迎你来。不过，你得走过一条很长，很冷的路。”

　　2006年1月19日，“新视野号“（New Horizons）探测器发射升空。它是人类第一颗飞向冥王星的探测器。

　　01 很长，很冷的路


“新视野”探测项目任务徽标。来源：NASA

　　1930年，冥王星由美国天文学家克莱德?汤博发现。这颗遥远的星球每248年围绕太阳公转一圈，也就是说，如果有冥王星人，那么他大概每248年过一回生日。从被发现到上世纪90年代初，冥王星才在自己的轨道上慢悠悠转过1/4圈不到，地球上的人类文明却已经天翻地覆。

　　我们又打了一场世界大战，杀死了几乎一亿人。我们还根据核理论，造出了足以毁灭整个人类的超级杀人武器。但与此同时，我们也登上了月球，向太阳系几乎所有的大行星都派遣了探测器。

　　除了冥王星。


2006年1月19日，新视野号探测器发射升空。来源：NASA

　　我们对于太阳系每一个大行星的了解，绝大部分知识都源自这些探测器发回的图像或数据。

　　但是，冥王星没有这样的图像和数据，于是我们对它几乎一无所知。在被发现半个多世纪之后，在我们的脑海里，冥王星仍然基本上只是一个模糊的光点。

　　我们需要一颗飞向冥王星的探测器。但是，正如汤博所说，我们需要走过一条很长，很冷的路。

　　02 希望与挫折


时任美国宇航局局长西恩?奥基夫。来源：NASA

　　2001年11月份，新视野号飞船被正式选中成为美国宇航局“新边疆”（New Frontiers）计划旗下的首个实施项目。

　　“新边疆”计划是美国宇航局专门设立的中型规模探测计划，用来填补规模较小，任务灵活的“发现”（Discovery）计划以及规模最大，技术最先进，花费也最昂贵的“旗舰”（Flagship）计划之间留出的空白区。

　　比如“新视野”探测任务，其项目预算是在15年内（2001年~2016年）总花费不超过7亿美元，这一费用包括了飞船和科学设备研制，火箭发射费用，任务运行与数据分析费用，以及教育与科普方面的开支。


组装完成的新视野号探测器。注意看左边的那根黑黑的棍子，那是RTG热差电机。来源：NASA

　　但这个探测任务的进行并非一帆风顺。就在“新视野”号探测计划推进期间，小布什政府任命的新任美国宇航局局长西恩?奥基夫（Sean O‘Keefe）不喜欢这个计划，很快就将项目砍掉了，不给它划拨经费。于是，原本想要飞向冥王星的探测器还没出发就面临死亡。

　　这一做法立即引起了天文学界的强烈反对，因为这是他们长久以来的梦想，对于行星科学的发展至关重要。


新视野号探测器飞抵冥王星示意图。来源：NASA

　　为了挽救飞向冥王星的探测计划，科学家们发起了声势浩大的抗议， 很多科学家闭着眼睛，身穿印有“科学死了”（Science is Dead）的T恤，躺在国会前的草地上，表达抗议。

　　世界最大的天文组织之一，美国行星学会还发起了向美国国会的多次联名请愿，全球数以万计的人们签署了这份联名信。

　　在舆论和来自科学界的呼吁下，美国国会最终通过了为冥王星探测计划拨款的决议，“新视野”号探测计划可以成行了！


2006年，捷克首都布拉格召开的第26次IAU大会上，冥王星被降级成了矮行星。来源：IAU

　　但是我觉得，除了科学界的努力争取，新视野号探测器能够成行，运气的成分也很大。新视野号探测器是在2006年1月19 日发射升空的，当时科学家们说服美国国会里那群掌管财政大权的政客们拨款的理由之一就是： 冥王星是九大行星中唯一一颗由美国人发现的行星，难道美国不应该去探测它吗？这叫政治正确。

　　再有，冥王星也是唯一一颗尚未被探测的大行星，对它的探测将补上最后一块缺失的拼图。这叫科学正确。


2006年1月19日，新视野号探测器发射升空现场画面。来源：NASA

　　但是我们也知道，就在这一年的8月份，国际天文学联合会（IAU）在捷克首都布拉格开会，就在这次会议上，冥王星被降级成了矮行星，它不再是“唯一一颗由美国人发现的大行星”，也不再是“唯一一颗尚未被探测的大行星”了。

　　我有时候会想，如果这时候再次表决，美国国会还会批准新视野号项目吗？好在，作为人类历史上离开地球时速度最高的飞行器，新视野号此时早都已经飞过火星轨道了！

　　03 太暗了，我们带个灯泡吧！


　　新视野号探测器飞向冥王星的飞行路径，飞往冥王星的路很长，我们花费了整整9年的时间才抵达。来源： NASA

　　科学家们在设计新视野号的时候面临一系列困难。由于冥王星极为遥远，无法使用太阳能，因此新视野号探测器没有其他探测器那样张开的太阳能板，而是带了一根长长的棍子，这就是“同位素热差电机”（RTG），其能够通过放射性同位素的缓慢衰变来产生能量。

　　另外，科学家们甚至还专门考虑过这么个问题：冥王星那里实在太远了，用相机拍的清楚照片吗？有时候，科学家们开玩笑说，新视野号最好带一个灯泡，实在不行的话就开个闪光灯。

　　当然，真正的探测过程是相当顺利的。


　　2015年6月29日，随着逐渐靠近冥王星，新视野号传回的图像愈发清晰。这张图像中，左下方是冥王星，右上方是冥卫一卡戎。来源：NASA

　　新视野号探测器在2015年7月14日国际标准时间11：50抵达冥王星附近，最近时距离冥王星地表1.25万公里，两者之间相对速度每秒13.78公里。同时，探测器也对冥王星最大的卫星“卡戎”进行探测，最近时距离大约2.88万公里。

　　由于探测器飞过冥王星的时间很短，必须抓紧一切时间全力进行数据采集，按照计划，新视野号探测器不会在近距离飞掠时与地球进行密切的通讯联络，而是选择先存储数据，之后再开始回传。


新视野号探测器发回的冥王星图像，可以看到层峦叠嶂的山区，以及广袤的冰原。来源：NASA

　　探测器发回的最初图像中，我们看到的是一个非常年轻的冥王星表面，还可以看到一些很高的山脉，高度可能超过3500米。

　　地质学家根据地表形态的估算，冥王星被拍摄的区域地质学年龄不会超过1亿年，表明冥王星上存在着活跃的地质活动，但其具体成因机制尚无法明确。


冥王星，从80年前天空中的一个亮点，变成了一个真实的世界。来源：NASA

　　而随后传回的图像中，科学家们看到在山区的北侧还有一片巨大的冰雪平原。科学家们将其命名为“斯普特尼克平原”，以纪念苏联发射的世界上第一颗人造卫星“斯普特尼克”。

　　这片巨大的，雪白的平原上几乎看不到撞击坑，显示其年代更加年轻。

　　另外，科学家们还发现冥王星拥有一层稀薄的大气，并且由于其引力较小，这层大气扩散到距离冥王星很远的距离。而从背光处观察，还能看到冥王星的大气层中存在一层厚厚的霾。

　　控制室里的科学家们泪流满面，在他们面前，冥王星从80多年前的一颗模糊光点，终于变成了一个真实的世界。


　　新视野号项目首席科学家阿兰?斯特恩（中）庆祝新视野号飞船成功飞掠冥王星。斯特恩拒绝承认冥王星是一颗矮行星，他坚决认为冥王星应该被视作一颗行星。来源：NASA

　　04 星辰大海


冥王星的稀薄大气层。来源：NASA

　　在新视野号飞船上，搭载了大约30克克莱德?汤博的骨灰，汤博是冥王星的发现者，他于1997年逝世。关于汤博的故事，我们前天刚刚做了介绍：天文史上的今天：冥王星发现者的故事

　　除此之外，新视野号探测器上海携带了一枚佛罗里达州的州纪念币，这枚纪念币上的图案象征着人类的探索精神，而且，佛罗里达州也是新视野号探测器发射升空的地方；最后，新视野探测器上的一台设备（尘埃计数器）被命名为维尼蒂亚?巴尼，这是为冥王星命名的那个英国小姑娘的名字。


佛罗里达州纪念币。上面写着“通往发现之门”。来源：wiki

　　在完成对冥王星的探测之后，由于新视野号依旧状态良好。科学家们已经为它制定了新的探测任务。

　　新视野号探测器已经调整航向，它将在2019年的元旦当天，从一颗编号为2014 MU69的柯伊伯带小天体附近飞过，届时，飞船与地球之间的距离将超过42个天文单位，即60多亿公里。

　　新视野号的飞行速度极快，太阳的引力已经不再能够束缚它了。最终，这颗钢琴大小的小小飞船将一头冲出太阳系，飞向银河系的星辰大海。


冥王星：亲爱的地球生物们，谢谢你们，没有忘记我。来源：NASA