追寻新地平线号一次冥王星任务「冥王星pluto的故事」

时间：2022-11-19 14:18:09来源：搜狐

今天带来追寻新地平线号一次冥王星任务「冥王星pluto的故事」，关于追寻新地平线号一次冥王星任务「冥王星pluto的故事」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

历时9年半，行程30亿英里，只为和你相见。2015年7月15日新地平线号不负众望，发回了史上最清晰的冥王星照片。让我们跟随国家地理的镜头一起揭秘新地平线号（The New Horizon）的冥王星之旅。冥王星的直径仅有1200英里，体积为月球的1/3，质量为月球的1/6，由于和地球距离相当遥远，我们对于冥王星的了解也相当有限。新地平线号也是有史以来最激进的太空计划之一。在此之前我们已经探访过月球、火星、木星和水星，看到过土星、海王星和天王星和金星。冥王星成为太阳系中最后一个处在神秘状态的“行星”。这个星球可能蕴含了丰富的内容，也许我们还能从中找到了解我们自身星球起源的线索。

图1、2015年1月，新地平线号拍摄的冥王星和冥卫一照片

新地平线号的团队由全球的精英太空科学家组成，项目由艾伦·斯特恩（Alan Stern）博士领衔，他投入这个项目长达26年。在经过几个发射点的延误之后，新地平线号于2006年1月19日在卡纳维拉尔角发射，随后直接进入地球和太阳逃逸轨道，展开了它史诗般的征程。在最后关闭发动机时相对于地球的速度是16.26公里/秒，或58,536公里/小时，这一速度也是史上以最快发射速度离开地球的人造物体。

图2、新地平线号于2006年1月19日在卡纳维拉尔角发射

一年之后，它便掠过了木星，这一年苹果推出iPhone。新地平线的运营团队利用这个机会来测试系统的照相机，看是否能够清楚的拍到木星和木星的卫星，结果出乎意料，它拍到了有史历来最清晰的火山喷发的画面。

图3、新地平线号在2007年2月28日通过木星的近木点。

新地平线号重470千克，以子弹的10倍速率迅速穿过太阳系，速度之快使得到达冥王星时无法降落。新地平线号与冥王星交汇时，它将在冥王星表面快速掠过，在不到两个小时内拍下重要的照片和完成重要的测量任务，控制中心必须争分夺秒才能在如此紧迫的时间中完成任务。他们要让新地平线号传回冥王星在周围星体间的照片，再利用这些照片绘制出太空地图。在新地平线号之前，人类拥有的最清晰的冥王星照片还只是一堆马赛克组成的图片。但即便是在一片模糊当中，科学家也从不同波长的光线中看出有氮、甲烷和一氧化碳的踪迹。冥王星远离太阳，科学家预计这里的气温只有华氏零下390度，地球上的气体如果在冥王星上出现会直接冻成固体，冥王星上出现的冰和地球大不相同，而是由氮冰、一氧化碳并和甲烷冰组成。科学家猜测在微弱的阳光照射下，冥王星表面某些冰层的温度会升高，直接变成气体。冥王星可能充满了奇特的冰块和原始的岩石组成的地面，表面喷出气体，看起来会像液态氮在地球表面蒸发的样子。

图4、新地平线号之前最清晰的冥王星图像

通过哈勃望远镜我们发现冥王星也有卫星，其中最大的一颗名叫冥卫一，大小只有冥王星的一半。冥王星是一个很原始的星球，一直都处于冰封的状态，它也收藏了太阳系的一些构成要素，冥王星可以让我们更为深入了解更大型的行星如何形成。

图5、新地平线计划的LOGO

追根溯源，提起冥王星不得不说它的发现者：克莱德·汤博，1930年美国太空学家克莱德用一部望远镜拍下两张夜空的照片，6天之后其中的一个点移动了，1月21日一张质量不佳的照片确认了该天体的存在，在得到天文台进一步的认证后，他将发现第九大行星的消息发送到了哈佛大学天文台，更为深入的研究直到艾伦主导的团队才开始。在太空航行9年半之后，新地平线号的冥王星任务被浓缩为两个小时擦肩而过。

图6、冥王星的发现者克莱德·汤博

冥王星和地球的距离相当遥远，是太阳到地球距离的40倍，不过这还只是最近的状态。因为冥王星独特的运行轨道状态，类似于椭圆形的轨道轨迹，最近的距离为30亿英里，最远的时候达50亿英里。上一次冥王星距离地球最近位置的时间还要追溯到1989年，从那之后就越来越远，2015年是一次绝佳的时间窗口。

图7、冥王星距离太阳示意图

新地平线号的任务在2001年才获得批准，看似可以有14年的时间筹备此事，实际中的问题却不少。整个团队只有三周时间的发射窗口，这和计划批准的时间只有4年时间，所以团队只能依靠现有的科技去打造飞行器，它还必须符合严格的标准要求。设计团队为此设计了一个轻盈的三角形外框以减轻整体质量，不使用机械装置以避免潜在的机械故障。飞行器还需要稳定的电力供应，冥王星的位置能够接收的太阳能量只有地球的千分之一，所以它的动力来源是核能电池 - 放射性同位素热电机（RTG），这台发电机利用放射性同位素二氧化钚自然衰变时所释放出来的热能，以电热隅形式发电。但这也会带来一些负面影响，电力的来源会释放出一些对电子设备有害的辐射线，所以设计师也尽量减少发电功率。飞行器的电力甚至不足以驱动电子马达，这可以让无线电天线朝向地球的方向。由于能源的局限性，新地平线号只能“单线程”工作，当它工作的时候，飞行器的照相机和仪器对准冥王星，这也意味着飞行器背对着地球，此时就切断了和任务控制中心的联络。

图8、新地平新号示意图

新地平线号即将接近冥王星，它只有一次机会能够拍摄到如此清晰的表面图像，所以要尽量拍到高解析度影像和光谱。新地平线号搭载的七部仪器可以收集到冥王星的极冠、大气和天气等数据，这些可以帮组我们解开阵阵谜团。收集这些数据可没有说说那么简单，因为缺乏足够的电能同时使用所有的仪器，团队必须设计交汇时的启动序列，新地平线号就能知道什么时候该开启何种设备，传回的数据即使以光速的速度前进，都需要花费4.5个小时才能达到地球。控制中心需要提前几天将指令传送到新地平线号上，在交汇前一周的时间内已经无法改变它预计的运行轨迹了。交汇时的启动顺序确定之后，剩下的只能交给“上帝”了。

图9、新地平线号于2015年7月14日掠过冥王星时的飞行路径

准确的预测新地平线号从冥王星上空穿越的时机也是科学家们面临的一个难题，新地平线号上没有任何辅助对焦的工具，这个时候只能让仪器自己决定何时转身，如果时机错过了，一切都无可挽回。唯一能够预测交汇时冥王星位置的办法就是准确掌握冥王星的运行轨迹，不可思议的是当年新地平线发射的时候，团队却没有掌握这条关键的信息，因为冥王星绕地球一圈需要248年。从它被发现到现在冥王星只走完了轨道的1/3，而且大部分的资料并不太正确。从1930年到1950年获取的资料都很不准确，1990年之后才拥有较为精确的数据，直到2012年新地平线号还是有可能完全错过冥王星。

图10、新地平线号制作的冥王星表面地图

由于事关整个任务的成败，科学家来到罗威尔天文台（Lowell Observatory），这也是发现冥王星的地方。惊喜的是科学家在这里发现了许多前人拍摄冥王星周围夜空的照片，科学家在对比了1千多张照片之后，创造出第一部冥王星运行轨迹的影像，在准确追踪了这个目标点之后，科学家将新地平线号的位置引导距冥王星表面8千英里内的位置，他们能够准确的预计2015年7月14日两者相交汇的准确位置。

图11、罗威尔天文台的天文望眼镜

就在新地平线号向冥王星急速奔跑的时候，这个世界上最难以捉摸的行星，突然变为世界上最具争议性的行星，国际天文学协会投票否决了冥王星的行星身份。美国方言学会于2006年第17届年度词汇投票上将plutoed选为年度词汇。to pluto意为将“某人或某事降级”。问题似乎不在冥王星本身，而是冥王星周围的物体。天文学家在冥王星附近发现了另一个小物体……数千颗类似行星的物体，有些甚至和冥王星差不多大，这个新的地区被称为柯伊伯带天体。柯伊伯带天体被发现之后，就有可能出现数千颗和冥王星相似的新行星，这些行星都需要命名。最终他们决定将柯伊伯带最大的物体称为矮行星，就这样冥王星变成了矮行星。行星的重要性不在于大小，而是对于解释我们的起源有何帮助。柯伊伯带的岩石都是太阳系在形成的时候留下的残骸，这可以帮组我们了解行星是如何形成。

图

12、在一次宣传活动上表演的冥王星“抗议示威”。左侧为反对IAU新定义的一方，右侧为支持IAU新定义的一方。

新地平线号传回的影像资料显示它前进的路线上障碍重重，有一张照片显示冥王星周围有5颗卫星，有冥卫一核其他4颗更小的物体，科学家发现这些并不是圆形的物体，而是异形的岩石，并在冥王星周围的轨道上无规律的运行。科学家认为冥卫一和其他较小的卫星是冥王星在刚形成时受撞击留下的。他们在早期发生过某种巨大的撞击，两个物体撞击后开始绕着彼此运行，如果新地平线号距离这些物质足够近，就有可能证明冥王星和其卫星群是如何形成的。这也可能帮助我们了解地球和月球之间的关系。两个物体必须相互撞击，才能创造出一个卫星。新地平线的团队认为在数十亿年前巨大的岩石撞击冥王星弹开之后，被冥王星的重力牵引，因此成为冥王星的卫星。如果冥王星和它的卫星群是这样形成的，它的表面上就会被留下证据。