新视野看冥王星

2015年1月15日，世界第一个冥王星探测器“新视野”（New Horizons）经过约9年的长途跋涉，终于在来到距地球约47亿千米远的冥王星附近，开始探测太阳系边缘的冥王星及其卫星，然后飞向柯伊伯带，去寻找关于太阳系起源和地球生命起源的线索。至此，美国成为了世界第一个对太阳系的每颗大行星（冥王星曾在列）都考察过的国家。

你了解冥王星吗？

虽然冥王星行星“星籍”之争在2006年有了暂时的论断，但因为曾经拥有过，它在我们心中始终有别于普通矮行星。冥王星轨道奇特，太阳系中的其它行星的轨道都接近于圆形，而冥王星却是极为扁长的椭圆形，远日点竟达74亿千米，是离太阳最远的行星。正因为此，它是我们熟知的星球中面目最为模糊的一颗。在许多天文学书籍中，它也是曾经的九大行星中留白最多的一颗。

冥王星近日点仅为45亿千米，进入海王星公转轨道之内，且其轨道面与黄道面有17°的倾角，不像行星的轨道基本处于黄道面内，使其看起来和其他围绕太阳旋转的行星大为不同。它自转异常，在太阳系中，除水星、金星受太阳引力作用自转缓慢外，其余六大行星自转周期均为9～25小时之内，而远离太阳的冥王星自转周期却达6天9小时17分，这与行星序列的物理性质规律相悖，所以有理论认为，冥王星起初是海王星的卫星，在某种宇宙灾变中，从自己的卫星轨道上被抛了出来，才成为独立的行星。当这一条作为除籍的重要原因被认可后，有科学家赌气似的提出将水星一并除籍。

冥王星拥有天然同步卫星，其卫星“卡戎”的运转周期与冥王星自转周期相等，在太阳系行星周围已发现的100多颗天然卫星中，这是唯一的同步卫星。

“柯伊伯带”是海王星轨道以外环绕太阳的一个甜甜圈般的区域，里面潜藏着无数冰冷的小天体。目前，已经发现的柯伊伯天体超过1 000多个，人们据此认为，冥王星和它的卫星也都是柯伊伯天体，只不过冥王星的反光率太高了，才使当初的发现者轻易找到了它。有人说，柯伊伯带有太多的谜团需要揭开，如果人类对那里了解不够的话，就很难说了解了太阳系。

全球投标来的方案

从20世纪60年代到现在，人类探测器几乎踏遍了太阳系的所有地方，包括一些小行星、彗星、卫星和炎热的太阳周围，从那里获取了许多宝贵的资料，但至今还没有一个探测器光顾过冥王星，就因为那里距离地球实在太遥远。

20世纪90年代末，美国制定了一个名为“冥王星-柯伊伯快车”的计划，内容是探测冥王星及其卫星卡戎和柯伊伯带天体。原计划于2004年12月18日发射，但随着调研深入，此计划的预算翻倍，达到8亿美元。另外，两次火星登陆的失败也令美国雪上加霜。于是，2000年 9月13日，美国宣布停止了该计划。

天文学家们愤怒了，不光是美国的，全球的天文学家都认为冥王星实在是太有魅力了。他们坚持要让探测冥王星计划再次上马。美国行星学会发动了“拯救冥王星计划”运动。发动其会员与国会议员接触，告知探测冥王星的重要性和紧迫性，敦促美国国会提出议案要求美国航空航天局重新做出考虑。最终，在多重压力下，美国航空航天局改变了策略，于2000年12月20日发表声明，不采用原计划，而是向世界范围内征集新的方案，看谁的方案能够用最少的支出完成冥王星-柯伊伯之旅。同时提出了苛刻的要求：要在2015年前飞抵冥王星，所花费金额不能超过5亿美元。公开征集截止日期是2001年3月19日。几个月的时间，要比NASA的方案节约3亿？评论家们认为此举只不过是为了堵住批评者的嘴。不过，由美国航空航天局之外的研究小组公开参与太空计划的竞标，这在其历史上还是首次。NASA之外的航天科学家们摩拳擦掌，尽最大努力试图抓住这个机会。

为这个任务，美国行星学会自掏400万美元研制宇宙1号太阳帆，试图用太阳光压做动力来实现冥王星的探测，但先后2次发射失败。最后来自美国西南研究院和霍普金斯大学应用物理实验室的一个联合小组提出的“新视野”计划被认可。该计划总预算额为4.88亿美元，它能发回比原来的“冥王星-柯伊伯快车”计划多10倍的观测数据，如果2006年2月以前发射，它能于2015年夏天抵达冥王星。于是，美国航空航天局2001年12月宣布，重新启动冥王星探测计划。

超速飞行，追赶百年

冥王星绕太阳运行的周期是248年，因此，探测时机至关重要。2004～2006年是发射冥王星探测器的最佳时间，因为在此间升空，它能借助木星的引力飞向冥王星，从而节省燃料和缩短飞行时间。如果2006年后发射，太阳系各大行星的排列位置将发生变化，探测器将无法利用木星这一天然助推器的“弹射”作用飞向冥王星。那样，科学家们就不得不再等上至少12年，因为木星下一次的理想位置要到2018年才出现。而那时，当探测器抵达冥王星时，冥王星将离太阳越来越远，给探测工作带来困难。其上的稀薄大气层将会冻结，给探测增加困难。248年的公转周期，使得错过这次最佳发射时机，将在很多年都无法了解到冥王星上大气层的详细状态。

科学家们争分夺秒地研制“新视野”号探测器。终于在2006年1月20日用“宇宙神”5火箭成功发射，像三角钢琴般大小的“新视野”冥王星探测器是以5.79万千米/小时这一接近第3宇宙速度的速度飞向冥王星的，因此成为人类有史以来发射的最高速飞行器。它在发射后9小时内就飞过了月球，而当年美国 “阿波罗”飞往月球用了3天时间。

“新视野”飞了13个月时间抵达了木星，顺便对这颗行星和它的20多颗卫星进行为期4个多月的考察。然后借助了木星的巨大引力进一步提速，将速度提升到约7.5万千米/小时，这样才能在2015年走近冥王星。在此后从木星飞往冥王星的8年时间里，“新视野”上的绝大部分仪器处于电子休眠状态，关闭了不需要的系统，以减少能量消耗和仪器故障的发生。不过，地球上的控制人员时刻密切关注“新视野”的运行情况，每年都要唤醒它，让各个部件工作50天左右，彻底检查和校准上面的所有装置，看看它们是否正常工作。还要进行轨道校正和仪器校准，以保障正确航线。探测器里几乎所有系统都有备份，以确保平安飞到冥王星。

飞越10年，只为看你一眼

2014年12月7日，“新视野”的所有系统被最后一次唤醒，并于2015年1月开始对冥王星和其卫星卡戎进行测量。刚开始，冥王星和卡戎将会是不能分辨的亮点，但是随着探测器的逐渐靠近，就能看到越来越多的细节。当“新视野”距离冥王星约100万千米时，其上的各种设备可对冥王星和其卫星进行全方位的探测，向地球传回图片，这将是一个漫长的loading过程，因为它和地球间的传输过程需要4小时25分钟。大部分情况下，探测器采用X频段高增益天线与地面通信。当探测器到达冥王星时，即距离地球47亿千米，数据率仅为700比特/秒，将整套数据传回地球需要9个月。当“新视野”距冥王星还有16万千米时，其上的相机可以开始绘制第一批地图，在以后的3个月里，它将不断地拍摄照片，进行光谱测量。如果那时冥王星的大气是冻结的，“新视野”号还能够观测到季节的变化。

探测器与冥王星的最近距离将定格在9 600千米，与其卫星卡戎的最近距离为2.7万千米。处于最近距离的时间约半个小时左右。这半个小时将是这10年来最关键的时刻。此间，探测器将用可见光和近红外相机拍摄最为清晰的它们的“特写”，最高分辨率达60米！

该项目首席科学家斯特恩说：“此次抵达冥王星，感觉会像走进糖果店的小孩子一般兴奋。因为，冥王星、它的卫星以及太阳系中的这一区域存在如此多谜团。探索冥王星和柯伊伯带就像是对太阳系外层进行考古挖掘工作。通过考察这片区域，我们可以一窥行星形成的古老时代。”

2015年7月14日，“新视野”将飞临冥王星，时间约为1地球日。其间，它将探测冥王星大气层发出的紫外线辐射，并分别在绿、蓝、红和对甲烷霜敏感的特殊波段绘制冥王星和卡戎清晰的地图。它还将在近红外波长上获取光谱图，以了解冥王星及卡戎表面成分和这些物质的分布及温度。

由于“新视野”飞速很快，而其所携燃料又不足以供减速和进入环冥王星轨道之用，因此，它飞掠冥王星及其卫星后，将继续前行并一去不返。不过，“新视野”飞离冥王星和卡戎后，还将“回视”冥王星和卡戎最为阴暗的部分，这是观察冥王星大气中的雾以及辨认冥王星和卡戎表面是否平坦的最好方法。此外，将从地球向冥王星发射无线电波，那些穿过冥王星大气层的无线电波被“新视野”上的天线接收后，可根据无线电波的折射情况推算出冥王星大气层的温度和密度。

人类的新视野

“新视野”之所以叫这个名字，也许最直接的原因是它将获取分辨率1千米的冥王星和卡戎的表面图像，而现在分辨率最高的图像为500千米左右，由“哈勃”空间望远镜获取;同时测定冥王星和卡戎表面土壤的构成、大气层的组成和流逸现象发生情况。此外，美国还希望“新视野”能够监测到冥王星的表面温度波动情况以及将至少一个柯伊伯带天体作为冥王星的对照天体，并对其进行与冥王星完全相同的研究，以获得对照资料。

由于冥王星距离太阳过于遥远，其亮度只是地球上所看到的太阳光亮度的千分之一，为此，“新视野”装有此前曾在木星探测器和土星探测器等探测器上使用过的放射性同位素热电发电机，即依靠所携带的10.9千克钚丸放射性衰变为其提供动力。它能够为探测器提供稳定的电力，在任务初期功率为240瓦，2015年功率降为200瓦。

2005年，美国霍普金斯大学等单位联合向全世界天好者发起了一个征集问候的活动。只需访问网页，将自己的名字输入一张名为“飞向冥王星”的电子卡片内，让自己的问候搭载在“新视野”上一起飞向地球在太阳系中最遥远的“亲戚”。共有超过43万人的问候以及他们的名字被刻在了一张光盘上并随探测器飞往深空这是美国航空航天局吸引公众关注宇宙探测器发射的主要手段之一。

在科学家的指导下由美国科罗拉多大学的学生研制的“学生尘埃计数器”将在探测器的整个旅程中，沿途统计宇宙尘埃的数量并测量它们的大小。这些尘埃主要是彗星的脱落物及柯伊伯带天体的相互碰撞形成的物质。

考察冥王星的任务结束后，探测器将进入柯伊伯带，这一阶段可能会持续5～10年。在那之后，“新视野”上的计算机将会被重置，上传由“一个地球新视野信件”项目（One Earth：New Horizons Message）收集的有关地球的各种信息――由全世界各地的人们提交的各种材料――照片，声音，文字，甚至是计算机程序，“新视野”将带着这些来自地球上人们的各种信息一直飞向遥远的星际空间。