刚刚,“新视野号”探测器飞越66亿公里,掠过太阳系边缘远古天体

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刚刚,“新视野号”探测器飞越66亿公里,掠过太阳系边缘远古天体
麻省理工科技评论 2019-01-01

2019-01-01

北京时间 2019 年 1 月 1 日 13 点 33 分,NASA 通过官方直播宣布新视野号(New Horizons)探测器飞掠过了距地球约 66 亿公里、位于太阳系边缘柯伊伯带(Kuiper belt)的名为“Ultima Thule”(天涯海角)的天体,这也是人类探测器触及的最远、最古老的天体。
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北京时间 2019 年 1 月 1 日 13 点 33 分,NASA 通过官方直播宣布新视野号(New Horizons)探测器飞掠过了距地球约 66 亿公里、位于太阳系边缘柯伊伯带(Kuiper belt)的名为“Ultima Thule”(天涯海角)的天体,这也是人类探测器触及的最远、最古老的天体。

随着新年的钟声敲响,人类的太空探索事业也掀开了新的一页。北京时间 2019 年 1 月 1 日 13 点 33 分,NASA 通过官方直播宣布新视野号(New Horizons)探测器飞掠过了距地球约 66 亿公里、位于太阳系边缘柯伊伯带(Kuiper belt)的名为“Ultima Thule”(天涯海角)的天体,这也是人类探测器触及的最远、最古老的天体。

(来源:NASA)

NASA 的 New Horizons 探测器于 2006 年被发射升空,其曾于 2015 年快速掠过冥王星表面时为科学家收集了有关该行星大气和表面的宝贵数据。随着 2019 年的到来,New Horizons 探测器终于来到了“天涯海角”。

根据天文学家的估计,代号为 MU69 的 Ultima Thule 自形成后就一直藏在太阳系边缘深处,几乎还保持着几十亿年前其刚形成时的状态,可以算得上是人类可触及的太阳系内的最老物质。该探测任务首席研究员,美国西南研究所(SwRI, Southwest Research Institute)的行星学家 Alan Stern 说:“据我所知,我们还从未有过机会去接近太阳系内如此古老的天体。”

图 | New Horizons 飞掠 Ultima Thule(来源:NASA)

事实上,天文学家们在 20 世纪 90 年代初时还无法能确信太阳系边缘的柯伊伯带内存在着 MU69 以及与之类似的物体,当时仅有一些理论认为一些古老的岩石块会被允许存在在那里。虽然随着技术进步,当今天文学家们已经成功观测到了数千个位于柯伊伯带的物体从海王星前面飘过,但这些远古边缘物体中的大部分都还尚未被发现。

天文学家认为,类似冥王星这种位于柯伊伯带内的大型天体的轨道与大多数太阳系内大型天体的轨道一样都是椭圆形。Alan Stern 说:“这些远古岩石群结构复杂,保留着太阳系演化所留下的痕迹,而我们也常因此将它们戏称为‘太阳系的阁楼’。”

访问一个像 MU69 这种的“远古物质”是 New Horizons 计划内的一部分,但要实际找到一个合适的访问对象并对之进行接近却比科学家们此前预期的要难得多。在与冥王星相遇后,New Horizons 会按照计划在脱离太阳系,向银河系中心前进的途中对合适的“远古物质”进行访问,而在哈勃望远镜为其找到的 5 个可能对象中,MU69 是燃料消耗最少、探测器可最快接近的物体,并且,对其进行访问还可让天文学家们保留日后让 New Horizons 再在柯伊伯带内进进一步勘探的选项(而不是在访问后由于各种原因只能飞离太阳系)。

图 | New Horizons 号探测器(来源:NASA)

与访问冥王星时一样,New Horizons 会以“飞跃”的方式访问 MU69,但问题在于现在的 New Horizons 较冥王星任务那时又过了4 年,它的核动力驱动源已经老化,距离地球太远意味着操控信号需要 6 小时才能从地球抵达探测器,而不光是这些技术性问题,连操控团队也缩了水。New Horizons 任务运营经理,Alice Bowman 说:“此次任务要求的精度跟冥王星任务比要高很多,但留给团队的准备时间却很短,可是说是一次比飞跃冥王星更快,更难的任务。”

为避开如碎石之类的可见危险因素,New Horizons 在 2018 年 12 月早些时候用搭载的一部远距摄像机花了数周时间对 MU69 附近区域进行了搜索,团队则在确认区域安全后决定用距 MU69 表面仅 3500 公里的方式执行飞跃任务,但任务的难点在于 MU69 仅在 4 年前才被发现,天文学家们还没有完全掌握其轨道信息,团队只能靠探测器搭载的摄像头对目标进行的直接观测操控 New Horizons。

飞跃任务始于圣诞节(12 月 25 日)当天,而直到圣诞节的那个周末(12 月 30 日)团队才设法通过重新设定高分辨率相机脚本将由摄像头带来的 MU69 位置误差予以更正。虽然美国联邦政府的部分关闭将持续至 2019 年年初,但作为 NASA 的承包商,约翰霍普金斯大学的应用物理实验室能从储备中拿出费用,暂时不依靠政府资金保证项目顺利进行。

图 | 由 New Horizons 所搭载的摄像头在平安夜捕捉到的 MU69 首照(来源:NASA)

根据任务计划,New Horizons 以每秒 14 公里的速度飞掠 MU69,并在收集数据后将数据传回地球。第一波数据会在发出约 8 小时后抵达地球,届时地面团队便能判断任务进行的是否顺利,航天器是否还工作正常。

但科学家们并不清楚航天器究竟会拍到什么,Alan Stern 说:“我们对像 MU69 这类的物体还知之甚少。”

从哈勃望远镜和 New Horizons 上的相机所收集到的图像来看,这类物体的外观可能会是一种暗红色的长方形,天文学家们认为这种长方形外观或能说明它们形成于相对平静的环境。事实上,MU69 的照片看起来可能会有点无聊,因为如果没有重力带来的外表复杂性,它很可能就是一块啥也没有的石头,但天文学家们希望借此机会通过这种外表平均的物体来了解柯伊伯带以及其他具有相似条件的太阳系边缘区域。

项目助理科学家、弗吉尼亚大学(University of Virginia)的天文学家 Anne Verbiscer 说:“我们有很多工作要做,要知道,一个宽 35 公里的‘光滑’物体本身就存在着许多理论上的问题。”

加拿大英属哥伦比亚大学(University of British Columbia)的天文学家布 Brett Gladman 认为,其表面的陨石坑数量将能为此提供一些至关重要的线索。例如,冥王星及其卫星的陨石坑数量远少于预期,而如果 MU69 上的陨石坑也很少,天文学家就能以此来估计柯伊伯带的原始程度,并判断有多少巨行星在从近日点旅行到远日点的途中曾向这些原始物体借过道。

图 | Ultima Thule(来源:NASA)

而除了年龄和轨道,MU69 的构成也是天文学家们有望能通过此次任务获得答案的问题之一。美国西南研究所的行星学家、项目副科学家 John Spencer 说:“作为太阳系外围的主要构成部分,这类物体需要由大量的冰构成,但观测显示它们是暗红色的,并不具有土卫二那种冰冻天体的白色外观,而我们目前还不清楚是什么导致了这类物体的暗红色外观,或者这类物体可能根本就不是由冰构成。”

贝尔法斯特女王大学(Queen’s University Belfast)的天文学家 Wesley Fraser 说:“我希望看到冰雪嵌入的岩石,这样我的理论就能被验证是正确的。”

很多科学家都对 MU69 的表面寄予厚望,Wesley Fraser 说:“有一种越来越流行的理论认为,形成行星的原始尘埃颗粒并不是杂乱无章的在碰撞中逐渐聚集,有证据表明它们可能是在湍流的作用下被聚在一起,然后在重力的作用下坍缩成了二元或三元质量,而如果事实真的如此,我们就应该能在 MU69 的表面看到那些原始颗粒。”

John Spencer 说:“不同于受阳光限制的地面望远镜,New Horizons 可以从多种角度对 MU69 进行观测,帮助科学家揭示其表面的纹理和构成,进而判断 MU69 是否能被看作是柯伊伯带内这类远古物质的典型代表。”

Wesley Fraser 说:“我们或许能在这几天内就解决很多问题,但也有可能会迎来许多新的谜团。老实说,没人希望 MU69 的表面情况与冥王星完全一样。分析数据总共需要大概 20 个月的时间,但时候已经到了,这对我们来说将是一次十分难得的研究机会。”

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