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NASA新视野号探测器飞掠“Ultima Thule”小行星2014 MU69 接下来要去哪?

艺术家为这次历史性飞掠任务所绘制的插图。 美国航天总署(NASA)的新视野号(New Horizons)宇宙飞船正飞越一颗昵称为「天涯海角」的小行星2014 M

艺术家为这次历史性飞掠任务所绘制的插图。 美国航天总署(NASA)的新视野号(New Horizons)宇宙飞船正飞越一颗昵称为「天涯海角」的小行星2014 MU69。 ILLUSTRATION BY NASA/JHUAPL/SWRI

更新:在飞越前半小时,新视野号在距离MU69约2万9000万公里处用LORRI望远镜拍下了的它的实体影像。 这颗冰冻世界是目前宇宙飞船所造访过最遥远的物体。 照

更新:在飞越前半小时,新视野号在距离MU69约2万9000万公里处用LORRI望远镜拍下了的它的实体影像。 这颗冰冻世界是目前宇宙飞船所造访过最遥远的物体。 照片的原始比例约每像素224公尺。 PHOTOGRAPH BY NASA/JOHNS HOPKINS UNIVERSITY APPLIED PHYSICS LABORATORY/SOUTHWEST RESEARCH INSTITUTE

(36500365uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:Michael Greshko 编译:林宇威):新视野号完成史上最远飞掠任务,接下来要去哪?科学家终于首次见到64亿公里外的原始太阳系。

马里兰州劳雷尔市(LAUREL, MARYLAND)──在2018年最后的一个晚上,在距离地球64亿公里外,正在举行一场太阳系里最盛大的跨年派对。 美东时间1月1日0点33分,美国航天总署(NASA)的新视野号(New Horizons)探测器飞掠一颗名为「2014 MU69」的小行星。 这颗小行星又名「天涯海角」(Ultima Thule,发音为UL-tee-ma TOO-le),是人类到目前为止到访最遥远且最原始的地方。

由于从宇宙飞船传回的讯息得要经过非常遥远的距离才能抵达地球,新视野号的团队成员无法立即确认这次的飞掠任务是否成功。 早上10点30分才刚过,在迪斯尼(Disney)布鲁托(Pluto)狗狗布偶的陪伴下,确认讯号传回来了,负责新视野号子系统的各个团队开始陆续回报进度。

当有位科学家宣布「SSR指示器就在我们预测的位置」──意思是新视野号收集到预定计划要观测的数据时,任务控制中心外聚集了的人群里爆出了热烈的欢呼声。

「新视野号探测器一切正常,我们刚完成了人类史上最遥远的飞掠任务,」任务运作经理艾丽斯. 鲍曼(Alice Bowman)笑着说道。

在十个小时之前,新视野号才以每秒16公里的速度迅速飞掠MU69,拍摄下许多影像,迎来新的一年。 至于在地球上,数百名热切关心的人群、记者、学者和工程师齐聚在马里兰州约翰. 霍普金斯大学应用物理实验室(Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory )的科西亚科夫中心(Kossiakoff Center),庆祝这个遥远的伟大任务, 还有大家事后才意识到的── 2019年的到来。

「这可能是我所能想象最怪咖的跨年夜,」当天下午的人群中有人这么打趣地说。

当时的场面非常热闹,穿著太空装的小孩在会议中心里东奔西跑,有些人则戴着印有「新年快乐」的帽子,帽子上还别着新视野号的任务徽章。 人群中还包括对新视野号有所贡献的科学家--皇后合唱团(Queen)的吉他手布莱恩. 梅(Brian May)甚至为这个任务写了一首单曲。 由于美国政府正在停摆期间,无法以官方身份发言的美国航天总署官员,则是利用自己的休假时间出席这项活动。

「我只是一名行星科学家,在这样的行星探测活动中,什么事也无法阻止我,」美国航天总署行星科学部门的负责人吉姆. 葛林(Jim Green)说道,「一切都有关于最新的探索和发现;完全都是人类前所未见的景象。 」

第二天早上,人群再度回到会议中心,空气中充满了期待的气氛。 新视野号成功了吗? 当鲍曼表示宇宙飞船状况良好,人群开始欢呼,一个接一个地起立鼓掌。

「这种感觉就像是,天哪,我们已经开过庆祝会了,但我们根本还没有收到讯号,」鲍曼在新视野号飞掠后的记者发表会上着这么说道,「我这次可能更紧张些──但我们再度成功了! 」

一起摇滚吧!

2006年1月19日,我们往太阳系的外缘发射了新视野号宇宙飞船,不过才经过短短的13个月,宇宙飞船就加速飞越了木星。 虽然宇宙飞船获得木星强大的行星重力助推,还是得再飞行超过32亿公里的距离,才能抵达冥王星。 最后新视野号在2015年7月14日,以惊人的方式揭露了这颗古柏带(Kuiper belt)王者和随从卫星的真正面貌。

新视野号在冥王星系统写下历史新页之后,也成为有史以来第一艘所飞掠的天体是在发射后才发现的宇宙飞船。 当2014年新视野号航向主要目标冥王星时,天文学家利用哈伯太空望远镜(Hubble Space Telescope)找到了2014 MU69,这个天体非常昏暗,轨道接近圆形,每297个地球年才会绕行太阳一圈。

「我们根本不了解这个天体,这整件事实在太疯狂了,」发现MU69的天文学家马克. 布伊(Marc Buie)这么说。

MU69与太阳的距离超过64亿公里,是目前人类所探索的天体中最遥远的一颗。 而且由于它可能从45亿年前形成以来,就已经处于目前的轨道,因此成为绝佳的时空胶囊,让我们得以窥见构成太阳系行星的原始物质。

然而,MU69也正因为这些科学上的诱人之处,成了比冥王星更难以造访的天体目标。 由于与太阳的距离非常遥远,我们很难看到它。 MU69的正中午,比地球的黄昏还要更为暗淡,表面反光的程度和沥青差不多。 它的遥远距离同时也意味着,我们从地球发出的讯息要花六个多小时才能抵达宇宙飞船。 最重要的是,MU69是颗很小的天体,宽度可能只有24到32公里之间。

「我无法保证任务一定会成功;我们让这艘宇宙飞船的能力发挥到极限了,」新视野号的主要研究负责人艾伦. 斯特恩(Alan Stern)在上周一的新闻发布会上这么警告, 「新视野号没有第二次机会。 」

势不可挡

在这次的飞掠任务之前,研究者对MU69几乎一无所知。 MU69是两个相互环绕的天体吗? 还是两个紧密接触或形似马铃薯的天体呢? 为何它会呈现淡红色? 上头有多少陨石撞击留下的坑洞呢?

在飞掠冥王星的过程中,新视野号团队有六个月的时间看着这颗矮行星从一颗像素慢慢放大成为一个拥有活跃地质的冰雪仙境。 但MU69的飞掠任务就不同了,在上周一的新闻记者会上,新视野号团队发表了在飞掠任务前所拍摄到的最佳影像:一个两像素宽的细长斑点,这让大家都很惊讶。

「当这张影像首度公布时,我从来没看过有这么多人会对两个像素如此激动,」斯特恩说道。

一旦鲍曼的团队证实了宇宙飞船目前状况良好,她和同事就根据飞掠前所拍摄到的最后影像,揭露MU69的最新信息。

现在,科学家可以确定MU69的形状像是个保龄球瓶,由两个椭圆形的球体组合而成。 研究团队还计算出MU69每15或30小时自转一圈,且自转轴朝向地球,看起来就像是个面对着地球的螺旋桨。 因此,我们总是看到MU69被太阳照射到的那半面,这也解释了为何MU69在每次自转时,不会像科学家原本所预期的那样,亮度会变亮后再度变暗。 在未来几天,新视野号将会传回更高分辨率的影像。

「即使传回的影像可能还是一团像素,但也会更加清晰,」新视野号的计划科学家哈尔. 威沃尔(Hal Weaver)这么表示,「明天或后天,一切就会揭晓了,『天涯海角』将会成为一个真实呈现在我们眼前的天体。 」

如果你是搭乘着新视野号飞往MU69的旅客,那么一直要到最接近这颗天体的前几个小时,你才有办法以肉眼看到它。 远处会突然出现一个淡红色的小点,迅速变亮并且膨胀到像是地球上所见满月的大小。

然后,就在它出现的那一刻,由于你的速度超过每秒14公里,它也会迅速消失在黑暗之中。 在这趟想象的旅程之中,你或许会觉得MU69根本就不存在──直到你仔细检查宇宙飞船刚刚拍摄到的最新影像数据。

「这个天体令人伤透脑筋,既兴奋又紧张不已──一切发生的速度太快了,」西南研究所(Southwest Research Institute)的科学家约翰. 斯宾塞( John Spencer)是新视野延伸任务的计划科学家,他在飞越前的几个小时如此表示,「不过才几天的时间,我们对这个天体的认识,就从一无所知变成什么都知道了......,哇! 我们已经在这里了吗? 」

新视野号所收集的全部测量数据,将透过功率仅有白炽灯泡四分之一的无线电发射器,以每次数个位的速度,花上20个月的时间,才能抵达地球。 第一批送回的数据将能帮助我们绘制出MU69的表面,并搜寻周围是否有任何的小型卫星存在。 MU69的最高分辨率影像,则要到2019年2月才会传回地球。
「这项任务总是带给我们迟来的喜悦,」斯特恩打趣道。

继续前行

现在新视野号已经飞掠MU69,但它并不会就此停止前行的脚步,而是猛踩油门,全速前进,继续以每小时超过5万1000公里的速度,朝着太阳系外缘飞奔而去。

新视野号将在旅途中持续进行科学研究。 新视野号上的尘量计将延续航海家号(Voyager)探测器的工作,继续记录外太阳系的灰尘浓度。 此外,新视野号还将利用LORRI望远镜的镜头,从极为特殊的位置--古柏带内部,拍摄与MU69类似的小行星。 由于有机会从侧面或甚至背面拍摄MU69这类的天体,新视野号将以前所未有的详细数据,帮助科学家推测这类天体的表面特性。

不过,新视野号的最终目标是飞掠另一颗古柏带天体,目前科学家还没找到合适的目标。 现在,团队科学家正积极地使用位于智利的托洛洛山美洲际天文台(Cerro Tololo Inter-American Observatory),在太空中寻找类似MU69的天体,作为新视野号下一个探测的目标。 研究团队可能还会尝试使用新视野号上的设备,来搜寻下一个目标天体,这样的策略并不在原本的设计之中。 如果成功的话,新视野号将成为首个自行发现探索目标的探测器。

「成功的可能性很低,不过仍然值得尝试,我们会努力看看,」新视野号的团队成员──西南研究院的博士后研究员凯尔西. 辛格尔(Kelsi Singer)说道。

研究团队如果能够越早找到目标越好。 随着每个星期或是每个月的时间流逝而去,新视野号在MU69附近能够造访的区域也就越小。 上头的放射性同位素产生器像是个热水瓶,装满了不断衰变的高温钸元素,随着更多的钸分解,宇宙飞船的功率也会越来越低。 当新视野号飞掠冥王星时,它还能提供200瓦的总功率,而现在已经降到190瓦了。

到了2030年代的某个时间点,将会有更多的钸衰变,那时的新视野号无法再维持敏感电子组件的温度。 在寒冷的终点来临之前,宇宙飞船的无线电发射器将会跨越时间和数十亿公里的空间,从邻近的太空边缘把数据传回地球。

「这将是场冷酷的死亡,但至少我们还会听到它最后的呢喃,」新视野号团队成员--西南研究所的行星天文学家艾力克斯. 帕克(Alex Parker)这么说。

宇宙小王子

幸运的是,新视野号只是全球航天机构往太阳系小天体发射的众多探测器之一。 从2014年到2016年,欧洲太空总署( European Space Agency)的罗塞塔号(Rosetta)探测器让我们得以一窥67P彗星的惊人影像 ;日本的隼鸟2号(Hayabusa2)探测器最近才抵达龙宫(Ryugu)小行星,并向小行星表面释放出两个冰球大小的着陆器。

就在新视野号飞掠MU69的数小时之前,美国航天总署的欧西里斯号(OSIRIS-Rex)探测器成功进入贝努(Bennu)小行星的轨道。 这搜探测器将于2020年在贝努小行星的表面采集样本,并于2023年返回地球。

还有很多类似的太空任务正在进行中,斯特恩的同事──西南研究所的行星科学家哈尔. 李文森(Hal Levison)目前就领导了前往特洛伊小行星(Trojans)的露西(Lucy )任务。 这群小行星群聚在木星环绕太阳轨道的后方和前方,有些科学模型认为特洛伊小行星是在早期太阳系边缘的寒冷外盘所形成的,因此它们可能与MU69非常相似。

同时,亚利桑那州立大学(Arizona State University)的科学家林迪. 埃尔金斯斯-坦顿(Lindy Elkins-Tanton)则是领导了美国航天总署的灵神星(Psyche)任务。 这项任务将造访问与其同名的小行星--至少有95%由金属组成的巨大天体。 科学家认为这个天体可能是原行星的核心,是因早期太阳系的灾难性撞击,使原行星的外壳剥离而成为今日的样貌。

对亚利桑那州立大学的科学家埃尔金斯斯-坦顿来说,新视野号和美国航天总署的其它小天体探测任务,都代表科学上的巨大跃进。

「这就是现在人类探索的方式,用最大胆、最惊人的方法,」她这么表示,「我们以不可思议的技术,将宇宙飞船发射到64亿公里之外的太空,而且事情都很顺利。」




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