新視野號成功飛掠“天涯海角”:人類最遙遠飛掠探測
2019年01月01日13:40
真是新視野號飛船在抵達目標之前傳回的最後一批圖像,可以大致看出“天涯海角”星似乎並非圓球形
真是新視野號飛船在抵達目標之前傳回的最後一批圖像,可以大致看出“天涯海角”星似乎並非圓球形

  新浪科技訊 北京時間2019年1月1日消息,就在剛剛,北京時間13:33,新視野號已經飛掠了“天涯海角”,數據傳輸將隨後開始,明天就應該可以看到拍攝的圖像。

  位於美國馬里蘭州約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室(APL)的地面控製中心在1日上午給64億公里之外的“新視野號”探測器發送了最後一批指令,這艘飛船隨即在北京時間今天下午13:33左右對一顆名為“天涯海角”(Ultima Thule)的柯伊伯帶小天體進行飛掠探測,這是人類探測器飛掠的最遙遠天體。

  這顆小天體不但很小,其距離更是從它的命名上就可見一斑,極為遙遠,即便目前我們用最好的觀測設備也無法觀測它的很多基本參數。我們大概估測其直徑在30公里左右。

  此次上傳的最後一組指令中包括一段僅2秒的時間值修正,目的是確保“新視野號”明確地知曉何時,在何地該打開並對準其相機設備進行拍攝。要知道,當今天下午“新視野號”探測器飛越“天涯海角”星時,其速度將高達每秒14公里,可謂驚心動魄。新視野號探測器項目任務控製主管愛麗絲·鮑曼(Alice Bowman)表示:“目前探測器健康狀態良好,大家都非常興奮!”

2006年從地球出發,2019年元旦抵達,新視野號飛行了幾乎13年之久
2006年從地球出發,2019年元旦抵達,新視野號飛行了幾乎13年之久

  按照計劃,“新視野號”飛掠“天涯海角”時,距離這顆小天體的表面大約3500公里,距離最近時應該是在格林尼治時間今天05:33,即北京時間13:33。

  按照程式設定,“新視野號”應該會在最關鍵的幾個小時里獲取大量圖像和其他探測數據,總數據量可以達到幾個G。

  柯伊伯帶是一個位於太陽系海王星軌道外側的冰凍小天體帶,而“天涯海角”星就是其中一顆這樣的小天體,其距離遠遠超過“新視野號”在2015年訪問過的冥王星,要知道,在飛越冥王星之後,“新視野號”探測器又繼續飛行了3年多了!

  科學家們認為,在柯伊伯帶,除了“天涯海角”星之外,還存在著至少數以十萬計的類似小天體,這些小天體自從誕生以來就一直安安靜靜運行在太陽系邊緣的幽暗之中,幾乎沒有大的變化,因此它們就像是太陽系里冰凍的“時間膠囊”,將幫助我們一窺46億年前太陽系初生時的模樣。

項目首席科學家阿蘭·斯特恩這兩天肯定很忙。這是他發的一條推特:說最後一次導航會議結束,已經鎖定目標
項目首席科學家阿蘭·斯特恩這兩天肯定很忙。這是他發的一條推特:說最後一次導航會議結束,已經鎖定目標

  用“新視野號”項目科學家海爾·韋弗(Hal Weaver)的話說,這顆小小的冰凍天體將成為人類探測器造訪過的最原始的星球,它是太陽系的化石。

  事實上,“新視野號”早已開始工作。它的相機已經拍攝很多“天涯海角”星的圖像。當然,由於距離尚遠,這些圖像中的“天涯海角星”大多隻是呈現為一個小亮點而已,但這些信息對於項目組修正導航模型,幫助引導飛船準確飛抵目的地卻格外有價值。

  並且,在此過程中也並非完全沒有科學收穫,僅舉一例:項目組注意到,隨著“天涯海角星”自轉,其表面反射的光線亮度變化幅度要遠小於預期。要知道科學家們認為這顆小天體並非圓球形,那麼按照常理,隨著其自轉,其反光面大小會變化,亮度應出現較大幅度改變,但實際上,變化並不太明顯。

  對此,科學家們提出了幾種解釋:一種認為這可能就是觀察視角的問題;另一種解釋則認為“天涯海角星”可能並非單一一個天體,而是兩個甚至更多個小天體相互繞轉的多天體系統組合體。答案究竟是什麼?今天下午就將揭曉。

  為何選擇“天涯海角星”?

  美國宇航局決定探測一顆比冥王星更加遙遠的天體的做法是符合邏輯的。但有一點是令人印象深刻的:這顆小天體首次被人類發現只是在4年前而已,當時科學家們正在使用哈勃望遠鏡搜尋適合作為“新視野號”下一個探測目標的遙遠天體。

  這顆小天體最初的編號是(486958) 2014 MU69,而在經過公眾意見徵集之後,這顆小天體得到了一個非正式名稱“天涯海角”(Ultima Thule)。這是拉丁文,意思是“已知世界之外的地方”。

“天涯海角”到底是什麼外觀?或許這些模型都有可能,但或許也都不對,但答案即將揭曉
“天涯海角”到底是什麼外觀?或許這些模型都有可能,但或許也都不對,但答案即將揭曉

  和許多類似大小的柯伊伯帶天體一樣,科學家們認為這顆小天體的主要成分應該是水冰,塵埃和少量岩石,它們在太陽系形成初期就已經在那裡,延續至今。相關理論認為,這類天體的外觀很多會呈現長條狀或者兩瓣狀,就像一顆土豆或花生。

  使用望遠鏡進行的觀測顯示這顆小天體的表面非常黑,還略略帶有紅色。科學家們認為,這樣的黑色(反射率低於10%)可能源於數十億年來強烈的宇宙射線輻射。

  但不管如何,我們對這顆遙遠的小天體目前還是知之甚少。而新視野號的飛越將首次準確測定其外觀,自轉,組成成分和地表環境特徵。

  此次飛掠,哪些值得期待?

  不要眨眼!所有事情都將在千鈞一髮之間發生!和2015年7月飛掠冥王星時不同,這一次不會有逐漸接近,畫面逐漸清晰的系列照片。“天涯海角”太小了,在“新視野號”拍攝的圖像中,它將一直是一個亮點而已,直到最後幾小時內,突然變成一個真正切切的外星世界。

  不過,相比2015年飛越冥王星時,“新視野號”飛船與冥王星地表之間的最近距離大約1.25萬公里,而此次飛掠,“新視野號”與“天涯海角星”之間的最近距離將只有3500公里左右,這就意味著最終我們拍攝到的圖像解像度將非常高。測算顯示,這顆星球地表上直徑超過33米的物體理論上都將可以被拍攝到。

  由於“新視野號”必須轉動自身以將相機對準拍攝對象,它在飛掠並採集數據的同時做不到將天線同時對準地球。這一點在2015年飛掠冥王星時也是一樣的情況。

  因此,在採集數據的同時,太陽系邊緣黑暗中飛行的“新視野號”對於地球來說是沉默的。地球上的控製人員們必須耐心等待,在它採集完數據之後調轉天線,開始回傳存儲的數據。

  按照程式,格林尼治時間1月1日15:28,即北京時間23:28,新視野號的回傳數據將陸續開始抵達地球。

  此次飛掠的難度如何?

  從某種程度上說,這次飛掠的難度要超過2015年對冥王星的那次飛掠。

  首先,這顆天體要比冥王星小幾百倍,因此為何獲取更好的圖像,探測器必須飛的更近,而相機的指向也必須非常精準,因為目標很小,如果指向偏差,發回的圖像就有可能是空白的,什麼都沒拍到。

2015年7月,新視野號探測器飛掠冥王星
2015年7月,新視野號探測器飛掠冥王星

  這的確是項目組團隊非常擔憂的問題。因為“天涯海角”是在4年前才被首次發現的,因此它的位置和在夜空中運動的軌跡測算精度遠不如冥王星那麼詳細精準。

  另外請記住,所有這些動作都是在距離地球64億公里之外的深空之中發生的,在這樣的距離上,從地球上發出的指令以光速傳播,將需要6小時8分鍾才能抵達新視野號,而反過來,新視野號上的數據回傳,在發出後,也要這麼久,地球上的天線才能開始接收到,而且傳輸的速率將非常低——大約每秒1000比特,還不到1kb。

  在這樣的龜速下,按照估算,要把此次飛掠過程中採集的數據全部傳輸完成,將要等到2020年9月份——真是夠久的!

  新視野號是什麼樣的探測器?

  “新視野號”從一開始就是一艘冥王星飛船,這在當時是太陽系中最遙遠的大行星。因此,要想盡快抵達目標開始探測任務,“新視野號”必須飛的足夠快。

  怎麼做?很簡單,“用最大的火箭發射最小的飛船”——2006年發射升空時使用的宇宙神V551型火箭,這是當時美國政府能夠提供的最強大的火箭型號之一。但它發射的,卻是地地道道的一艘小飛船,“新視野號”的大小和一台家用鋼琴差不多,高度0.7米,長度2.1米,最寬處2.7米。在飛船頭頂上安裝有一台直徑2.1米的大天線。即便滿載燃料發射時,其整體重量大約僅有478公斤左右,其中包括大約77公斤的燃料和30公斤的各類科學儀器。

  飛船使用“核能”——一台190W功率的同位素熱差發電機來為所有設備提供電力,因為太陽系邊緣太暗,無法使用太陽能帆板發電。(晨風)

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