在冥王星,一个开始的结束

今天早上早些时候,如果一切顺利,行星际探索的第一个黄金时代将宣告结束

New Horizons shot of Pluto

这是新视野号在最接近时拍摄的最后一张、也是最详细的冥王星图像,摄于东部时间7月13日下午4点。当时探测器距离冥王星表面766,000公里。

美国国家航空航天局/约翰霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究院

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本文发表在《大众科学》的前博客网络上,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


今天早上早些时候,如果一切顺利,行星际探索的第一个黄金时代将宣告结束。东部时间7:49,美国国家航空航天局的新视野号探测器预计将到达其主要目标——冥王星及其卫星,从而结束一些人所谓的对已知太阳系的初步勘测。

尽管新视野号的概念早在 20 世纪 80 年代末就已提出,但由于多年的延误、重新设计,甚至几乎被取消,直到 2006 年才发射。它前往冥王星的 50 亿公里不太可能的旅程历时数十年。然而今天,在其任务的高潮,探测器预计将在不到三分钟的时间内穿过冥王星的范围,以近 50,000 公里的时速在表面上方 12,500 公里处飞驰。从一开始,探测器就是为速度而定制的。携带足够的燃料在冥王星上进入轨道会使新视野号过于庞大、昂贵和缓慢,甚至无法在最初发射,所以它将飞掠而过,继续向外,踏上无尽的星际之夜旅程。

在短暂的近距离接触期间,新视野号将忙于收集数据而无法立即向地球发送信息,而是利用这些宝贵的时刻,用一套七种仪器仔细检查这颗行星,所有仪器都使用相当于夜灯的电力运行。任务规划者只有在今晚晚些时候通过无线电信号才能得知飞掠是否成功。或者,他们可能会通过什么都听不到来得知它失败了——探测器在通过冥王星系统时,估计有万分之一的几率会因与碎片发生破坏性的高速碰撞而受损。


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假设新视野号的飞掠是成功的,其以光速向太阳传播的确认信号将在发射后约 4.5 小时到达地球,预计到达时间为晚上 8:53。虽然主要遭遇的时间可以用分钟和小时来衡量,但如此遥远的距离所施加的缓慢数据传输速率确保了新视野号将一直向地球发送其存档的图像到 2017 年。

对于如此大胆和辉煌的壮举,对新视野号即将到来的遭遇的报道大多带有一种挽歌式的、有些悲观的语气。在大多数知识渊博的观察家看来,似乎普遍的观点是,这次任务在多方面标志着一个时代的结束:新视野号不仅标志着我们的行星际侦察的结束,而且标志着任何再次接近或超越其探索宏伟的可能性永远结束。《纽约时报》的科学作家丹尼斯·奥弗拜甚至预测,“我们今天活着的人都不会再次第一次近距离看到一颗新行星”,并指出新视野号的首席科学家艾伦·斯特恩称他的任务为“最后一张照片展”。

也许他们是对的,新视野号的成功可能会为探索太阳系遥远的外围地区拉下帷幕,尽管我知道奥弗拜、斯特恩以及大多数其他持有类似观点的人都希望被证明是错误的。目前既没有令人信服的动机,也没有私人部门进行此类航行的途径,也没有理由相信这种情况会在短期内发生改变。对于各国政府来说,科学预算持续平缓(或下降)的趋势,加上具有划时代意义的任务成本不断上升,为进一步雄心勃勃地在外层空间漫游提供了黯淡的预测。而且,是的,冥王星确实是太阳系中最后一个未被探索的世界——但这仅仅是当你对“世界”是什么以及探索它是什么构成采取相当狭隘的观点时。有时,新的观点可以让你第一次看到即使是熟悉的事物。新视野号前往冥王星的旅程并非真正的结束;相反,它只是一个开始的结束。

天文学家克莱德·汤博在 1930 年发现了冥王星,在一系列摄影底片中,他发现它是一个在背景恒星中移动的小点。在随后的 85 年里,它几乎只是一个点。然而,可以说,来自地面天文台和哈勃太空望远镜的低分辨率图像已经探索了冥王星及其最大的卫星卡戎十多年了。你必须深入观察到什么程度才能称之为“探索”?考虑到即使在探测器飞掠之后,我们仍然几乎完全不了解天王星和海王星,或者,就此而言,不了解木卫二、土卫二和其他冰冷卫星的地下海洋中潜藏的本质。太阳系外围几乎完全未被探索——就目前而言——尽管我们有其他的自负。

对于冥王星来说,两颗天体表面特征的像样的图片实际上只是在新视野号越来越近、外星世界进入视野的最近几周才出现的。这些较新的图像已经揭示了值得进一步研究的细节。冥王星拥有明亮的甲烷和氮冰极冠,以及赤道附近的斑驳区域,这表明其地质结构奇异而复杂。相比之下,卡戎则拥有一个神秘的黑色极地地区,显然没有明亮的冰,以及一个比地球上的大峡谷更深更长的撞击形成的地堑。更多更好的图像很快将从新视野号遥远的记忆库中涌出,毫无疑问会充满更大的奇迹——也许是冰火山的迹象,或者是古代冰冻海洋的迹象,或者是如此奇异和出乎意料的事物,以至于我们无法想象。唯一无法想象的是,它们不会包含任何足以在未来某天召唤我们返回的诱人之处。

在冥王星之后,新视野号的任务不会结束。它的轨迹将把它带入柯伊伯带未被探索的前沿,这是一个广阔的领域,稀疏地分布着数百万个冰冷的遗留物,这些遗留物自太阳系诞生以来就一直处于深度冻结状态。科学家们希望通过研究这些遗留物来解开太阳及其行星群最初是如何形成的秘密。在未来的几年里,新视野号将访问一个或多个小型柯伊伯带天体,每个天体的大小都只有几十公里,尽管一些柯伊伯带天体至少有冥王星那么大,冥王星是地球月球的四分之三大小。

在黑暗的外层空间中翻滚的冥王星大小的天体的泛滥对新视野号来说既是祝福又是诅咒:在任务发射后不久,所有这些新发现的世界都促使天文学家对冥王星进行重新分类,将其从完整的行星降级到目前的“矮行星”地位。其中一个天体,被发现者加州理工学院的天文学家迈克·布朗称为“阋神星”,对反对冥王星的案例至关重要。阋神星的轨道比冥王星远三倍,而且被认为更大。如果冥王星是一颗行星,为什么不包括阋神星及其所有散落的同类呢?天文学家们并没有在太阳系中承认数十颗——甚至数百颗——新的行星,而是选择将经典的行星数量减少一颗,给了我们八颗行星和许多许多次要的行星。即便如此,无论它们被称为什么,这些次要的行星仍然是成熟的世界,而我们对它们中的任何一个都几乎一无所知。

令人惊讶的是,昨天在新闻发布会上宣布的新视野号对冥王星大小的最新、最佳测量结果显示,冥王星实际上比之前认为的要大一些。新的测量结果证实它是柯伊伯带的统治者,比阋神星大 30 公里左右。但即使它比阋神星大,其他测量结果也表明阋神星的质量更大——这两个天体的大小相似,但成分却非常不同,原因不明。

我们如何才能解开阋神星的谜团,并更多地了解我们太阳系的深层起源?“也许我们应该去看看,”布朗

更远的地方,远在冥王星和阋神星之外,一个更大的谜团在等待着我们。在布朗发现阋神星之前,他在柯伊伯带外围的狂野轨道上发现了一个更奇怪的世界,名为赛德娜,它的最远延伸距离太阳比海王星远 30 多倍。赛德娜是怎么到达那里的?目前还没有人确切知道,但最有可能的答案似乎是,来自非常遥远的地方的某个非常大的物体的引力推力与此有关。

赛德娜和其他新发现的天体让布朗和许多其他天文学家怀疑,在太阳的黑暗腹地中至少潜伏着一颗比地球大几倍的真正行星。新视野号缺乏探测或访问如此微弱、遥远的世界的仪器或燃料,但即将首次亮相的地面和太空天文台应该能够胜任发现它的任务。如果事实上被证明在海王星之外存在一颗巨大而神秘的行星,那么很难想象我们不会有一天至少尝试去拜访它。

这是你我可能活到看到的吗?也许不是。但更奇怪的事情也发生过——就像新视野号前往冥王星的任务本身一样,这是一个开始的结束。

Lee Billings is a science journalist specializing in astronomy, physics, planetary science, and spaceflight, and is a senior editor at 大众科学. He is the author of a critically acclaimed book, Five Billion Years of Solitude: the Search for Life Among the Stars, which in 2014 won a Science Communication Award from the American Institute of Physics. In addition to his work for 大众科学, Billings's writing has appeared in the New York Times, the Wall Street Journal, the Boston Globe, Wired, New Scientist, Popular Science, and many other publications. A dynamic public speaker, Billings has given invited talks for NASA's Jet Propulsion Laboratory and Google, and has served as M.C. for events held by National Geographic, the Breakthrough Prize Foundation, Pioneer Works, and various other organizations.

Billings joined 大众科学 in 2014, and previously worked as a staff editor at SEED magazine. He holds a B.A. in journalism from the University of Minnesota.

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