“新视野号” 解开冥王星之谜

美国发射空间探测器,飞向太阳系最后一颗未被近距离探测的行星

记者 李健亚 实习生林越

2006年01月25日09:49  来源:《新京报》

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哈勃太空望远镜拍摄的冥王星的两半球图像。显示出来的明暗反差被认为是冰冻表面,亮区可能主要由氨冰构成,而暗区则可能是由甲烷组成。
  “你以为一切都已经被发现了吗?/那真是绝顶的荒谬。/这无异把有限的天边,/当作了世界的尽头。”这是1879年法国天文学家弗拉马里翁发表一篇论文中的名言。

  16世纪哥白尼提出了日心说,揭开了人类认识宇宙的新视野,但正如弗拉马里翁所说,一切远未穷尽。在对九大行星的探索中,冥王星一直是个谜。冥王星与其他八大行星究竟有什么区别?冥王星与其卫星卡戎又是怎样的关系?1月20日,冥王星探测器”新视野号”在佛罗里达卡纳维拉尔角发射升空,开始了它对冥王星的探索。

  冥王星

  一颗身份可疑的行星

  冥王星是太阳系中惟一没有空间探测器抵达过的行星。

  长期以来,天文学家将太阳系九大行星归为三类:类地行星、巨行星、远日行星,冥王星被归类于远日行星。这颗70多年前才被发现的天体远处在距离地球40亿公里的太阳系边陲地带,是太阳系中离太阳最远、质量最小的一颗行星。从表面看来,冥王星可能由冰块或山岩构成,有着非常稀薄的大气层,其中还有甲烷、氩、氖等气体。

  北京天文馆李良副研究员表示,尽管太阳系有九大行星一直是作为一种常识存在,但冥王星是否应保持其作为行星的地位,科学界一直存在着争议。认为冥王星符合行星基本特征的理由是:它是围绕太阳旋转的圆球形天体,它拥有一颗天然卫星,还有大气层,具备了作为行星的基本条件。

  部分天文学家认为,冥王星与其他八大行星相比有明显不同,应归类于小行星,理由主要有:冥王星体积小,按目前已掌握的材料来看,它的体积可能比月球还小;公转轨道特殊,是极为扁长的椭圆形;自转异常,其自转周期与行星的物理性质规律相悖。

  此外,冥王星的卫星“卡戎”的身份可疑,1978年7月7日,美国天文学家克里斯蒂发现冥王星的卫星“卡戎”,运转周期与冥王星自转周期相等,在太阳系行星的卫星中,这是惟一的同步卫星,而且对冥王星来说,“卡戎”显得太大了,其直径接近冥王星的二分之一,因此有人认为它不是卫星,而是与冥王星组成的双星系统1992年,“柯伊伯小行星带”被发现后,冥王星的身份危机更为严重,因为这些小行星组成成分与冥王星相似,主要是岩石和冰块,2001年科学家甚至在“柯伊伯小行星带”发现了类似冥王星和卡戎这样的双星。因此,有些天文学家认为冥王星就是这批小行星中的一个。

  李良表示所有这些都是冥王星抛给我们的难题,对冥王星的探索也成为天文学家的一项重大课题。

  探索冥王星

  事不宜迟

  15年前,美国宇航局首次考虑发射冥王星探测器,以全面探索冥王星。但因经费之故,2000年宇航局宣布要停止对冥王星和柯伊伯带的探索计划。“这一决定一宣布,美国行星学会发起了‘拯救冥王星计划’运动,”李良解释到科学家们急于实施“新视野”探测计划的重要理由是,冥王星目前所处的空间位置对探测非常有利。

  由于距离太阳太远,冥王星表面的天气变化异常复杂。最奇异的是,冥王星会定期发生大气“消失”

  现象,大气层会凝结成“雪花”飘荡在表面。1989年以来,天文学家观测到冥王星已开始远离太阳,吸收的热量越来越少,因此正在变冷。科学家认为在不到二三十年内,冥王星整个大气就有可能冻结,这种状况对冥王星的研究极为不利,因此探测器应及早到达那里。另一方面,冥王星离太阳越远,其阴影区就越大,绘制完整的冥王星和卫星地图越难。

  “现在是个很好的时机,如果错过了,发射窗口不能按照计划将探测器发射升空,那么科学家就只能于2月14日关闭窗口,等待下一个发射时机,”,李良表示“新视野号”计划也要受太阳系各大行星的排列位置的变化,因此如果错过这次发射,下一个时机只能是2007年2月了。

  冥王星是太阳系离太阳最远的行星,什么样的探测器才能完成这一使命呢?目前,科学家所研制出的“新视野”探测器高7英尺,重1054磅。“新视野”

  项目负责人格伦·方丹(GlenFountain)表示为了这一次发射,他们研究组已经整整筹备了四年,计划总预算额为4.88亿美元。如果计划得以顺利进行,“新视野号”探测器也将于2015年夏天抵达冥王星。

  寄望”新视野号”

  揭开太阳系演化之谜

  “探测器不可能直接到达冥王星”,李良介绍,目前科学家所规划的路线是,探测器首先在13个月内飞向木星,然后借用木星的引力奔向冥王星。

  从木星飞往冥王星的这段时间共需5年,此阶段,探测器上的绝大部分仪器将处于“冬眠”状态,以减少能量消耗和仪器故障的发生。在飞经木星的过程中,“新视野”还将顺便对木星和它的20多个卫星进行为期4个多月的探测工作。

  李良介绍,新视野号主要是完成三项工作。第一,利用平均分辨率达1千米的望远镜观测并描绘冥王星和其卫星的表面情况(现在分辨率最高的哈勃太空望远镜的分辨率为500千米左右)。第二,测定冥王星和其卫星表面土壤的构成。第三,测定冥王星大气层的组成情况和“流逸”现象发生情况。

  当“新视野”探测器飞过冥王星到达它的阴面时,探测器将借助于其卫星“卡戎”反射过来的光线对冥王星阴面的地表情况进行探测。同时,地球上的控制人员向冥王星发射无线电波,穿过冥王星大气层的电波被探测器上的巨型天线接收后,探测器上的仪器就会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。

  科学家还希望通过这一次探测揭开太阳系演化之谜。由于从40亿多年前太阳系形成以来,类似冥王星的小型星体就一直处于冷冻状态,所以,它们可能留下了当时宇宙变化的痕迹。

  当新视野探测器最终飞越冥王星后,它还要利用5年时间对冥王星系附近的“柯伊伯小行星带”

  进行一系列类似的探测,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,从而揭开更多的谜底。

  美国西南研究院教授、”新视野号”探测任务首席科学家艾伦·斯特恩(AlanStern)表示:“奇特的冥王星如今对我们了解太阳系起源至关重要。”

  ■九大行星身份志

  水星:在公元前三千年左右已被苏美尔人发现,1978年冥王星被准确测定以前,人们一直认为水星是太阳系中体积最小质量也最小的行星,1915年,爱因斯坦建立广义相对论,水星近日点进动成广义相对论最有力的三个天文验证之一。

  金星:17世纪初,伽利略发明了第一台望远镜,观测到了金星的圆亏,这一发现驳斥了地心说,为哥白尼的日心体系提供了一个强有力的证据。1761年5月26日金星凌日,俄国天文学家罗蒙所诺夫仔细观察了金星在日面移动的现象,成了第一个发现金星表面有大气的人。

  地球:首先提出地球是球形这一概念的是公元前五六世纪的希腊哲学家毕达哥拉斯。随后,亚里士多德根据月食时月面出现的地影给出了地球是球体的第一个科学证据,公元前三世纪,古希腊天文学家埃拉托斯特尼第一次算出了地球的周长。

  20世纪60年代后,人造卫星的运用为大地测量找到了新手段,让我们得到精确的关于地球的数据。

  火星:火星有许多地方与地球类似,自古以来人们对火星就极感兴趣,奇形怪状的“火星人”不断出现在文艺作品中,由于早期天文观测条件有限,火星观测靠的只是主观记录,误差很大。

  19世纪末发明了天文摄影,但拍摄到的火星模糊不清。

  直到20世纪六七十年代空间探测器在火星着陆。

  木星:木星的亮度仅次于金星,中国古代用它来定纪年,西方天文学家则称木星为“朱庇特”,1979年3月“旅行者”一号发现木星也有环,但它非常昏暗,在地球上几乎看不到。而它另一个惹人注目的特点便是位于赤道南侧的著名大红斑,由法国天文学家卡西尼在1665年发现。

  土星:土星运动迟缓,人们把它看作掌握时间和命运的象征,无论东方西方,这颗行星都曾被人类与农业密切联系在一起,伽利略于1610年用自制望远镜观测土星时,曾误以为土星是由两个形体组成,并没有想到自己是第一个看到土星光环的人。半个世纪后,荷兰天文学家惠更斯才揭开了这个谜。

  天王星:1783年,天王星被证实存在。由于天王星公转周期相当缓慢,在历史上曾多次被误认为是恒星。

  它的自转轴几乎是倒在轨道平面上,以躺着的姿势绕太阳运动。本世纪70年代,天文学家发现太阳系中并不只土星有光环,天王星也有。

  海王星:天王星发现不久,人们便注意到它的运动有些奇怪,总是偏离天体运行的轨道,于是有人推测这可能是另一颗行星的干扰造成的。1846年9月18日,法国天文台的惠威耶计算出了这颗行星的轨道和质量,并命名为海王星,由于它是由天文计算而发现的行星,所以被称为”笔尖上的发现”

  冥王星:是发现最晚的一颗行星,寻找它的工作曾由于美国天文学家洛韦尔的逝世中断了13年。1930年2月18日,克莱德·汤博洛在双子星座的底片中发现了这颗行星。至今它仍是九大行星中面目最为模糊的一颗。(整理:李健亚)

▲在冥王星上面对其卫星“卡戎”的模拟图,此图表现了冥王星可能的地貌。
“新视野号”探索冥王星的模拟图。
(责任编辑:马丽)
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