超越冥王星,“新视野号”获得 NASA 的暂缓

在任务负责人发起反抗后,NASA 已经逆转了削减“新视野号”探测器行星科学研究计划的决定

This artist's impression is of NASA's New Horizons spacecraft encountering 2014 MU69, a Kuiper Belt object

艺术家对 NASA“新视野号”探测器在 2019 年与柯伊伯带天体“阿罗科斯”相遇的印象图,该天体绕冥王星 15 亿公里之外的轨道运行。

在美国宇航局的“新视野号”探测器现在正孤独地巡航,单程飞出太阳系的荒凉地带,除了嗅探等离子体的气息和观星之外,几乎没有什么可以打发时间的。经过近二十年的深空操作,该探测器目前距离地球超过 80 亿公里。与我们地球本身非常相似,这项任务的鼎盛时期——2015 年历史性地与冥王星相遇,以及 2019 年飞越阿罗科斯,这是迄今为止航天器访问过的最遥远的天体——正在后视镜中越来越远。

在地球上,一场关于航天器未来的战斗已经展开。冥王星和阿罗科斯都位于所谓的柯伊伯带,这是一个遥远而神秘的轨道区域,位于我们太阳系外围的冰冷天体聚集地。“新视野号”——人类第一个也是迄今为止唯一一个探索柯伊伯带的机器人使者——仍在穿越其深处,尽职尽责地收集数据,并有些绝望地寻找另一个可以拦截的天体。然而,去年 NASA 提出将结束这些调查,以节省资金,这引发了天文学家的强烈抗议,因为在未来几十年内,没有其他航天器会探索柯伊伯带。

看来,这项决定已被部分推翻。在 NASA 于 9 月 29 日发布的声明 中,该机构位于华盛顿特区的科学任务理事会副局长尼古拉·福克斯宣布,“新视野号”的部分柯伊伯带科学研究将继续进行。“该机构决定,最好将‘新视野号’的运行延长至航天器离开柯伊伯带,预计时间为 2028 年至 2029 年,”福克斯说。NASA 的声明指出,该机构将“评估继续‘新视野号’任务远远超出其最初探索计划的预算影响”,并且其他任务可能会受到该决定的影响。“未来的项目可能会受到影响,”声明补充说。


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西南研究院的行星天文学家艾伦·斯特恩领导着“新视野号”任务,他对这一决定表示欢迎。“这对柯伊伯带的探索来说是个好消息,我们的团队以及行星科学界都非常欢迎,”他说。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室 (APL) 的庞图斯·勃兰特也同样欢欣鼓舞。“我和科学界都对这个僵局终于打破感到兴奋,”他说。“这是柯伊伯带科学的正确决定。”斯特恩指出,一些更精细的细节尚待敲定。例如,目前尚不清楚“新视野号”对柯伊伯带的研究将在多大程度上继续,NASA 最近的声明指出,该机构的决定“允许未来有可能使用该航天器近距离飞越”柯伊伯带天体 (KBO)。

壮观的成果

NASA 于 2006 年发射了耗资近 $10 亿美元 的“新视野号”任务,开启了前往冥王星和柯伊伯带的开创性航程。探测器在九年后抵达矮行星,这是太空探索史上令人惊叹的时刻,“新视野号”传回了令人叹为观止的图像,展现了一个出人意料的复杂世界,这里有崎岖的冰山和 冰冻氮 海,以及冥王星同样迷人的红色月亮卡戎的快照。额外访问阿罗科斯是一个幸运的奖励,这要归功于及时发现了 KBO,当时它仍在接近的航天器日益减少的推进剂储备的触及范围内。1992 年共同发现柯伊伯带的奥斯陆大学的简·卢说,这两次飞越产生了“壮观的成果”。

尽管“新视野号”的日常运行需求并不高,但每年的成本加起来也接近 1000 万美元。去年,NASA 批准了一项任务延期——但 仅到 2024 年 9 月,而不是斯特恩及其团队要求的 2025 年。那时,NASA 计划结束该航天器的行星科学研究,转而专注于太阳物理学,将“新视野号”重新用于专门研究我们的恒星如何塑造外太阳系和星际空间边界的条件。这种转变将使任务从 NASA 的行星科学部门转移到其太阳物理学部门。鉴于斯特恩及其团队没有听从航天局的要求,在 2022 年 11 月之前提交一份提案,将“新视野号”专门用于太阳物理学,这种转变也将使他们离开任务团队。“我们拒绝撰写一份终止柯伊伯带科学研究的提案,”斯特恩说。“令人愤慨的是,当唯一一个专门为柯伊伯带建造并送往该地带的任务仍在收集独特数据时,你却要终止它。”

NASA 前首席科学家兼前行星科学负责人吉姆·格林说,这种以太阳为中心的转变将大大限制任务的科学产出。“它基本上将科学团队精简到几乎为零,并且真正以最少的人员操作航天器,”他说。“从我的角度来看,如果我是部门主管,我就不会做出这样的决定。” 他说,逆转是“一个好的决定”,并将“在正确的时间为任务提供正确的科学”。

“不太可能显着提高知识水平”

停止“新视野号”柯伊伯带研究的决定最初是在 2022 年从 NASA 对其大多数行星科学任务的年度审查 中提出的,在这个过程中,航天局评估了它们当前的状态和未来的潜力。尽管该审查承认“新视野号”继续执行当前任务的许多好处,但报告也指出了一个关键弱点。在没有合适的交会目标的情况下,航天器只能从远处研究 KBO——数量远少于各种地面望远镜可以实现的数量,可能不到十几个。审查报告指出,“拟议的 [KBO] 研究不太可能显着提高知识水平”,并指出航天器的优先事项“应侧重于太阳物理学和天体物理学”。

行星科学研究所的菲斯·维拉斯领导了审查“新视野号”的团队,她说她和她的同事们无意让他们的工作成为结束该任务行星科学研究的理由。她说,该团队“因该任务可能失去行星科学方面的东西而受到赞扬或指责”,“我们没有那样说。我们只是说,所有科学加起来的量级都大于科学的某一部分。”

斯特恩说,随着“新视野号”在柯伊伯带中穿行,该任务 仍然有很多贡献,包括地球上无法复制的壮举,例如观察 KBO 旋转时亮度的变化。“当你从不同的角度重复这样做时,你可以确定形状,”他说。“但你永远无法从地球上做到这一点,因为你永远不会从明显不同的角度看到 KBO。” 该航天器还可以以地球观测者无法做到的方式搜索双星——共轨 KBO,并可以收集从遥远的柯伊伯带天体散射出来的尘埃。如果能找到可行的目标,访问第三个天体的前景仍然存在。

预计该航天器将在 2028 年离开柯伊伯带的已知边界,届时斯特恩同意柯伊伯带科学研究可以结束。“那样我就看不到继续行星科学任务的理由了,”他说。据一些估计,该航天器可以继续运行到 2050 年,届时它将远远超出普遍接受的星际空间边界。目前,没有其他前往柯伊伯带的航天器正在开发中。下一个可能性可能是 星际探测器,这是 APL 提出的向星际空间发射航天器的提案。APL 提案团队负责人拉尔夫·麦克纳特说,乐观地假设“星际探测器”成为现实并在 2036 年发射,“这可能会让你在大约十年左右的时间内到达与‘新视野号’相同的太空区域,因此有可能到 2040 年代中期。”

唾手可得的成果

6 月,格林和太空科学界的其他成员 签署了一封信 给 NASA,敦促航天局重新考虑其决定,并对拟议放弃柯伊伯带科学研究表示“震惊”。“我们……要求 NASA、政府和国会扭转局面,”他们写道。9 月,总部位于美国的国家空间协会在 其自己的信件 中也发出了类似的呼吁。“继续‘新视野号’,这样我们就不会错过这个罕见、位置完美且功能齐全的任务带来的新发现,”信中写道。

然而,并非所有天文学家都认为“新视野号”剩余的柯伊伯带调查将是值得的。卢说,将任务转变为专注于太阳物理学和天体物理学将是“一个合理的决定”,因为地面望远镜在许多方面都可以超越航天器的柯伊伯带能力,特别是通过以更快的节奏研究更多的 KBO。“如果你只想使用航天器来监测 KBO,我认为最好在地面上完成,”她说。第三次飞越的前景也变得越来越渺茫,因为没有发现明显的目标。“如果他们找到新的候选目标,那很好,但唾手可得的成果已经被摘走了,”她说。

加州理工学院的迈克·布朗在 2003 年发现了厄里斯星,这导致冥王星 从行星降级为矮行星,他也表达了类似的担忧。“这些决定总是很艰难,”他说。“那里有一艘航天器!它可以做独特的事情!但归根结底,这是一个零和成本效益分析。除非有一个新的目标可以进行近距离飞越,否则我很难理解为什么花费大量资金是合理的。如果这项科学可以用少量资金完成,那么也许还可以。但当然,太空中的少量资金可能相当于地球上许多完整的科学计划。”

目前,“新视野号”将继续其柯伊伯带研究——并且仍将是未来许多年内唯一可能这样做的航天器。其持续运行将对 NASA 提到的“未来项目”产生怎样的连锁反应,还有待观察。在远离冥王星的地方,我们最遥远的使者之一仍在加速驶向未知领域。

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