冥王星及其衛(wèi)星卡戎示意圖

　　“新地平線”探測(cè)冥王星藝術(shù)想象圖

　　新聞背景

　　經(jīng)過(guò)約9年的長(zhǎng)途跋涉，美國(guó)研制的世界第一個(gè)冥王星探測(cè)器“新地平線”，將在1月15日來(lái)到距地球約47億千米遠(yuǎn)的冥王星附近，開始探測(cè)太陽(yáng)系邊緣的冥王星及其衛(wèi)星，然后飛向柯伊伯帶，去尋找關(guān)于太陽(yáng)系起源和地球生命起源的線索。

　　好事多磨波折不斷

　　錯(cuò)過(guò)發(fā)射窗口要再等200年

　　冥王星曾是太陽(yáng)系中離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的一顆行星，后來(lái)因?yàn)閭€(gè)頭小被降格為矮行星。它與地球的最近距離也有47億千米，最遠(yuǎn)達(dá)100多億千米，因此目前雖然人造探測(cè)器已經(jīng)走近了太陽(yáng)系里的所有大行星，以及一些小行星、彗星甚至炎熱的太陽(yáng)進(jìn)行探測(cè)，從那里獲取了許多寶貴的信息，但至今還沒(méi)有一個(gè)空間探測(cè)器光顧過(guò)冥王星。

　　到了20世紀(jì)90年代末，隨著空間探測(cè)技術(shù)達(dá)到了較高水平，美國(guó)航空航天局曾制定過(guò)一個(gè)名為“冥王星-柯伊伯快車”的計(jì)劃，內(nèi)容是探測(cè)冥王星和其衛(wèi)星卡戎以及柯伊伯帶天體。它原計(jì)劃于2004年12月18日發(fā)射，但后來(lái)由于研制經(jīng)費(fèi)超支等多種原因，又被美國(guó)航空航天局勒令下馬了。

　　不過(guò)，此舉遭到了很多天文學(xué)家的激烈反對(duì)，他們堅(jiān)持要讓探測(cè)冥王星計(jì)劃再次上馬。美國(guó)行星學(xué)會(huì)還發(fā)動(dòng)了“拯救冥王星計(jì)劃”運(yùn)動(dòng)，最后美國(guó)航空航天局終于在2000年12月20日發(fā)表了聲明。他們將不采用原計(jì)劃，而是向全球征集新的方案，并提出了比較苛刻的要求：一是要在2015年前飛抵冥王星，另一個(gè)是花費(fèi)金額不能超過(guò)5億美元，公開征集方案的截止日期是2001年3月19日。由美國(guó)航空航天局之外的研究小組公開地參與太空計(jì)劃的競(jìng)標(biāo)，這在其歷史上還是首次，目的是為了堵住批評(píng)者的嘴。

　　經(jīng)過(guò)多番評(píng)審，最后來(lái)自美國(guó)西南研究院和霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)聯(lián)合小組提出的“新地平線”計(jì)劃被認(rèn)可。該計(jì)劃總預(yù)算額為4.88億美元，它能發(fā)回比原來(lái)的“冥王星-柯伊伯快車”計(jì)劃多10倍的觀測(cè)數(shù)據(jù)，如果2006年2月以前發(fā)射，它能于2015年夏天抵達(dá)冥王星。于是，美國(guó)航空航天局2001年12月宣布，重新啟動(dòng)冥王星探測(cè)計(jì)劃。

　　“新地平線”計(jì)劃必須按時(shí)完成，2004至2006年是最后的發(fā)射冥王星探測(cè)器的最佳時(shí)間，如果錯(cuò)過(guò)了這次機(jī)會(huì)，需要等200年以后才有理想的發(fā)射窗口。為此，專家們開始爭(zhēng)分奪秒地研制“新地平線”探測(cè)器。盡管中間還是出現(xiàn)了一些波折，但最終都被克服了。

　　日夜兼程披星戴月 至今發(fā)射后飛行最快的航天器

　　2006年1月19日，美國(guó)終于發(fā)射了 “新地平線”冥王星探測(cè)器。其主要任務(wù)有兩個(gè)：一是探測(cè)位于太陽(yáng)系邊緣的冥王星及其衛(wèi)星卡戎；二是探測(cè)位于柯伊柏帶的小行星群。

　　這個(gè)像三角鋼琴般大小的探測(cè)器以5.79萬(wàn)千米/小時(shí)的速度飛行，是至今發(fā)射后飛行最快的航天器，目的是按時(shí)走近遙遠(yuǎn)的冥王星進(jìn)行探測(cè)，獲得有價(jià)值的信息。它在發(fā)射后9小時(shí)內(nèi)就飛過(guò)了月球，而當(dāng)年美國(guó)“阿波羅”載人登月飛船用了3天的時(shí)間才抵達(dá)月球。然后，“新地平線”又僅飛了13個(gè)月就走近了木星，目的是以木星作為引力跳板進(jìn)一步提速，從而更快地飛向遙遠(yuǎn)的冥王星。

　　到了木星后，“新地平線”通過(guò)借力加速到7.5萬(wàn)千米/小時(shí)，而且此后其上的絕大部分儀器都處于休眠狀態(tài)，這就像個(gè)人電腦待機(jī)一樣，以便節(jié)約電力，延緩設(shè)備老化并降低運(yùn)營(yíng)開支。不過(guò)，每年其上的設(shè)備都會(huì)被喚醒，目的是接受例行檢查及軌道校正和儀器校準(zhǔn)，或者是執(zhí)行一些特定的觀測(cè)任務(wù)。此外，“新地平線”還會(huì)每周發(fā)回一個(gè)信號(hào)，它被稱作“綠色信號(hào)燈”，其目的是讓地面控制人員知道它還活著，沒(méi)有死掉，它只是睡著了。

　　2014年12月7日，美國(guó)“新地平線”從休眠中被喚醒，以準(zhǔn)備執(zhí)行探測(cè)冥王星的任務(wù)。此時(shí)，它距離冥王星約有2.6億千米，但距離地球已超過(guò)46.6億千米，這意味著該探測(cè)器發(fā)送的信號(hào)要“走”上4小時(shí)26分鐘才能傳回地球。它從遙遠(yuǎn)的深空給地球傳來(lái)的信號(hào)表明，“新地平線”目前很健康，現(xiàn)正安靜地在深空中漫游。

　　在喚醒后的數(shù)周里，“新地平線”的地面團(tuán)隊(duì)全面檢查這個(gè)空間探測(cè)器，測(cè)試了它在飛越冥王星時(shí)需用的各種電腦程序，以確保各種系統(tǒng)和科學(xué)儀器在2015年1月開始探測(cè)冥王星的工作。

　　不斷靠近牽手七月 能分辨冥王星達(dá)60米地貌

　　從2014年12月7日到2015年7月底，“新地平線”的所有系統(tǒng)一直處在“清醒”狀態(tài)。剛開始探測(cè)時(shí)，冥王星和其衛(wèi)星卡戎是不能分辨的亮點(diǎn)，但是隨著探測(cè)器的逐漸靠近，就能看到它們?cè)絹?lái)越多的細(xì)節(jié)。

　　當(dāng)“新地平線”距離冥王星約100萬(wàn)千米時(shí)，其上的各種設(shè)備開始對(duì)冥王星和其衛(wèi)星進(jìn)行全方位的探測(cè)，向地球傳回圖片。當(dāng)“新地平線”距冥王星有16萬(wàn)千米時(shí)，其上的相機(jī)能繪制出冥王星及其衛(wèi)星卡戎的第一批地圖。以后的幾個(gè)月里，它將不斷地拍攝照片，進(jìn)行光譜測(cè)量。

　　“新地平線”與冥王星的最近距離為9600千米；與卡戎的最近距離為2.7萬(wàn)千米。處于最近距離的時(shí)間約半個(gè)小時(shí)。此間，探測(cè)器將用可見(jiàn)光和近紅外相機(jī)拍攝最為清晰的冥王星和卡戎“特寫”，甚至能分辨出冥王星上達(dá)60米的地貌。而現(xiàn)在所獲得的冥王星圖像的最高分辨率為500千米左右，它是由 “哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的。

　　2015年7月，“新地平線”將飛越冥王星和卡戎，時(shí)間約為1個(gè)地球日。其間，它將探測(cè)冥王星大氣層發(fā)出的紫外線輻射，還將在近紅外波長(zhǎng)上獲取光譜圖，以了解冥王星及卡戎表面成分和這些物質(zhì)的分布及溫度。

　　當(dāng)探測(cè)器飛過(guò)冥王星到達(dá)它的陰面時(shí)，探測(cè)器可借助卡戎反射過(guò)來(lái)的光線繼續(xù)對(duì)冥王星陰面的地表情況進(jìn)行探測(cè)。此外，將從地球向冥王星發(fā)射無(wú)線電波。那些穿過(guò)冥王星大氣層的無(wú)線電波可被探測(cè)器上的高增益天線接收，然后，“新地平線”上的儀器會(huì)根據(jù)無(wú)線電波的折射情況推算出冥王星大氣層的溫度和密度。

　　不入軌道直接飛越 柯伊伯帶有更多秘密需破解

　　那么，為什么“新地平線”不進(jìn)入冥王星的軌道進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)呢？其原因有兩個(gè)。一是其飛行速度必須非?？欤@樣才能用9.5年時(shí)間到達(dá)距離地球約50億千米的冥王星，如果“新地平線”要進(jìn)入冥王星軌道，它必須將速度降低90%，這就要求多攜帶1000倍的燃料，從而會(huì)導(dǎo)致成本猛增。二是如果進(jìn)入冥王星軌道，“新地平線”將無(wú)法繼續(xù)前行，探測(cè)柯伊伯帶。

　　在2015年7月考察冥王星任務(wù)結(jié)束后，“新地平線”會(huì)繼續(xù)向離地球更遠(yuǎn)的宇宙空間地方飛，并將在2017至2020年抵達(dá)一個(gè)由彗星和其他宇宙碎片構(gòu)成的中間環(huán)帶