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[图]“新视野”号探测器接近冥王星
2015-05-04 11:28:23  来源:新浪科技  作者:佚名  关注:  点评:0点击收藏
龙媒网(www.longmeicn.com):

  据英国《每日邮报》网站报道,随着美国宇航局的“新视野”号探测器逐渐接近冥王星,人们将第一次有机会从前所未有的近距离上观察这颗遥远的矮行星。初步的观察显示这颗星球上可能存在极冠。“新视野”号飞船将于今年7月中旬从冥王星附近掠过,从其近日传回的最新图像上可以看到冥王星的表面存在明暗不一的区域。

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  据国外媒体报道,新视野号飞船近日传回的最新图像上可以看到冥王星的表面存在明暗不一的区域,有些地区较为明亮,其他地区则相对较为暗淡,而靠近其极区的明亮区域可能表明冥王星拥有极冠。

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  这张冥王星和它的最大卫星——卡戎的照片是由新视野号飞船搭载的远距勘测相机(LORRI)在2015年4月15日拍摄的。这是从4月12~18日期间新视野号飞船拍摄的一系列照片中的一张,目的是帮助飞船校正航向。

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  即将抵达:在经过长达9年的太空飞行之后,新视野号飞船距离抵达的日子只剩下不到3个月的时间了。这是新视野号拍摄的首张冥王星彩色图像,显示冥王星和它最大的卫星——卡戎。

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  此前我们对于冥王星系统的最佳图像来自哈勃空间望远镜(如图)。因此此番新视野号即将抵达冥王星的消息让科学家们极为兴奋,他们为了分辨冥王星地表上的粗略地貌特征已经经过了多年的努力。

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  新视野号飞船于2006年1月19日发射,飞行速度达到每小时58536公里,这是迄今飞离地球轨道时速度最高的飞行器,比喷气式客机的速度要快100倍以上。但正是由于这样的高速,当飞船飞过冥王星附近时,能够有效开展工作的时间只有大约两个小时。

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  1989年,旅行者-2号(左图)飞过海王星(右图)并开展考察。自那以后再也没有类似飞往如此遥远的太阳系边缘的探测项目。新视野号项目代表了人类对“经典太阳系”最后一个目标的探索行动,也将是过去,现在和将来很长很长一段时期内我们对冥王星唯一的一次探测行动。

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  科学家们对于冥王星(左)和它最大的卫星卡戎(右)仍然知之甚少。冥王星是柯伊伯带内最大的天体,一般认为它拥有一个主要由氮气组成的大气层以及复杂的季节性变化。在其地表似乎存在不同的地貌区域,并可能被冰雪覆盖。

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  这张照片是由哈勃空间望远镜的广角相机3号在2012年7月7日拍摄的,标出了冥王星全部5颗卫星的名字和轨道。冥卫五(Styx)是距离冥王星最近的一颗卫星。

  冥王星上的极冠?

  新视野号飞船的项目科学家们将这种情况解读为冥王星地表物质成分的差异,有些地区较为明亮,其他地区则相对较为暗淡,而靠近其极区的明亮区域可能表明冥王星拥有极冠。

  美国宇航局科学任务委员会副主管约翰·古朗斯菲尔德(John Grunsfeld)表示:“随着我们逐渐接近冥王星,我们开始目睹其表面上的一些有趣现象,比如在其极区位置附近的明亮区域,我们即将开启理解这颗谜一般星球的科学发现之旅。”他说:“随着距离越来越接近,我们对于利用新视野号飞船的数据去解开冥王星诸多谜团的兴奋感也愈发强烈。”

  在最新发回的新视野号拍摄图像中,还可以看到冥王星最大的卫星——冥卫一(卡戎),这颗卫星以6.4天的周期与冥王星互相绕转。由于拍摄这些照片时设定的曝光时间(~0.1秒)太过短暂,无法拍摄到冥王星的其他4颗更小的卫星。

  自从1930年被发现以来,冥王星一直是一个谜团。它在距离地球超过50亿公里的遥远空间围绕太阳公转,长期以来科学家们用尽各种方法,只为了能够尽可能多的分辨冥王星的粗略地表特征。然而由于冥王星太过遥远,这种努力都收效甚微。

  而此次新视野号飞船最新发回的图像则让项目组科学家们得以非常清楚的看到冥王星地表存在的明暗区域差异,随着冥王星的自转,还可以观察到其全球的地表情况。设在科罗拉多州波尔多的美国宇航局西南研究所研究员,新视野号探测项目首席科学家阿兰·斯特恩(Alan Stern)博士表示:“在太空中飞行超过9年之后,冥王星——这个从地球上看去仅仅是一个暗弱的光点,现在就在我们的眼前逐渐变成了一个真实的世界,这感觉真是美妙!”他说:“这些令人难以置信的照片上已经开始可以分辨出冥王星地表的一些特征,它们已经证明冥王星拥有一个复杂的地表。”

  而随着新视野号飞船快速接近冥王星,此后其传回的冥王星图像质量也将会迅速提升。来自约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)的新视野号探测器项目首席科学家海尔·韦弗(Hal Weaver)表示:“我们现在只能想象,当今年7月份新视野号飞船从距离冥王星表面大约1.25万公里处飞过时将会带给我们怎样的意外惊喜。”

  就在上个月,新视野号飞船拍摄了冥王星与其最大的卫星——冥卫一(卡戎)的首张彩色照片。在未来的不到3个月时间内,新视野号飞船将抵达冥王星附近。

  划时代的发现之旅

  拍摄第一张彩色照片时新视野号飞船距离冥王星约1.15亿公里,这一距离大致相当于从太阳到金星之间的距离。从这一距离上成像上看还是相当模糊,未能展示过多的细节,但它是一个信号——巨大的变化即将发生。

  随着飞船越来越接近目标,新视野号飞船传回的图像也将变得越来越清晰,直到今年的7月14日——人类的飞船将首次近距离飞过冥王星——这也将是整个新视野号探测任务的高潮。新视野号飞船抵达其主要考察目标之前的飞行距离超过了历史上任何其他航天器,它的里程表上显示的飞行距离已经突破了48亿公里。而它所考察的目标——冥王星也正是我们的认识中“经典太阳系”内的最后一个主要的星球世界。

  在2006年召开的国际天文学联合会(IAU)布拉格会议上,冥王星被从大行星列表中除名,降级为一颗“矮行星”,这是因为天文学家们在冥王星所在的柯伊伯带附近区域又发现了好几颗与冥王星大小相仿的天体,从而导致了大行星定义的争论。

  但无论如何,新视野号探测项目都将具有极其深远的意义,它将帮助我们搞清楚在远离太阳的地方,星体是如何形成的?海尔·韦弗表示:“新视野号是我们这个时代最伟大的探索项目之一。有太多东西我们还不了解,不仅仅是冥王星,还有很多其他星球也是一样。通过这一探测项目,我们不是要修改教科书,而是完全重头开始编写一本全新的教科书。”

  拍摄第一张模糊不清的冥王星彩色照片时,新视野号飞船距离冥王星还有大约1.15亿公里,但由于飞船的速度高达每小时5万公里,在短短3个月不到的时间里它就将跨越这段距离并抵达目的地。从图像上观察,冥王星显示一种偏红的色调,而它的卫星卡戎(直径达到冥王星的一半)的亮度则显然要暗淡的多。在此之前我们对于这个遥远世界的最佳图像来自哈勃空间望远镜,但相比这张照片,质量上也没有高出多少。

  这一事实也让新视野号飞船的旅程变得尤其令人兴奋,因为它将揭示一个我们此前几乎一无所知的陌生世界的神秘面纱。

  在人类向太阳系内其他星球发送第一艘探测飞船至今,很少有相类似的项目可以与新视野号探测计划相提并论。从某种意义上来说,新视野号探测器的考察任务将为一项从上世纪60年代便已经开始的伟大征程画上一个圆满的句号,那就是对“经典太阳系”中的全部9颗大行星进行考察——从1960年代的火星和金星,再到1970年代的水星,木星和土星,1980年代的天王星和海王星,再到2015年的冥王星。

  美国宇航局科学任务委员会的约翰·古朗斯菲尔德表示:“科学界有很多基于地面望远镜和空间望远镜做出的对冥王星及其卫星特征的观测论文,但我们此前还从未能从如此近距离的位置上对冥王星开展研究。”他说:“在今年7月的这次史无前例的飞越探测中,我们关于冥王星系统的知识将出现指数级的爆炸性增长,将会有大量令人兴奋的发现,我对此毫不怀疑。”

  我 们对冥王星的了解如此稀少,以至于天文学家们面临的谜团甚至就包括冥王星的表面究竟是什么样子的?冥王星,作为柯伊伯带已知最大的天体,被认为拥有主要由 氮气构成的大气层以及复杂的季节变化。在它的表面上似乎存在一些色调不同的区域,其表面也可能处于冰雪的覆盖之下。甚至在这颗矮行星的地表下方可能还隐藏 着一个地下海洋。在所有已知的卫星之中,冥卫一(卡戎)是最大的一颗,其自身可能也拥有自己的地下海洋,甚至有科学家认为有证据表明其在相对近期内还存在地表活动现象。

  然而同样由于新视野号飞船的极高飞行速度,它近距离飞越冥王星的时间将仅仅持续约两小时左右。但就在这珍贵的两个小时内,预计新视野号飞船将会收集到大量有 关冥王星及其卫星系统的数据,并发回史无前例的图像——由于没有任何其他探测器曾经抵达过这里,这也将成为不仅是过去,也将是未来很长很长一段时间内我们 所拥有的唯一的冥王星系统的近距离照片。

  来自美国宇航局西南研究所的新视野号探测项目首席科学家阿兰·斯特恩表示:“这是一项纯粹的探索行动,我们将把一个暗弱的小小光点变成一个真实的世界——一颗行星,以及它的卫星系统将在你的眼前呈现!”他说:“新视野号飞船正在飞往冥王星——柯伊伯带中体型最大,最为明亮,结构也最为复杂的矮行星。此次21世纪的相遇将带来一场继1980年代旅行者号外太阳系探测项目之后,最无与伦比的发现之旅。”

  至于冥王星的那些更小的小卫星,也有可能预示着科学发现的机会。当新视野号飞船在2006年发射升空时,当时它预设的考察目标仅仅是冥王星和冥卫一(卡戎)而已,因为当时另外的4颗冥王星卫星根本还没有被发现。
仔细规划,万无一失。

  新视野号飞船上安装了7台科学载荷,其中包括相机,光谱仪以及等离子体/尘埃颗粒探测器等等,它们将对冥王星和卡戎的地质及地表成分和温度等情况进行观察。

  此次探测器也将对冥王星的大气层进行实地观测,并搜寻卡戎周围是否存在大气的证据,另外它也将争取对冥王星的另外那些小卫星进行观察并确认在冥王星周围是否存在光环系统或其他此前尚未被发现的小卫星。

  目前,尽管新视野号探测器与冥王星之间的距离已经比地球与太阳之间的距离还要近,但从新视野号飞船的位置上观察冥王星,它仍然只是一个不大的光点而已。然而 项目团队却能够借助这些照片修正我们对于冥王星位置的估算,并巧妙地引导飞船飞向目标,并确保其能够在距离冥王星地表约1.25万公里的预设高度上安全通过。

  这样的精密测算是极其关键的,因为飞船上已经编制好的计算机程序届时将会自动引导飞船调转朝向并将其携带的科学仪器对准目标进行探测工作,而这一些都必须基于任务规划人员事先对于新视野号飞船掠过冥王星附近的时间点和两者之间相对位置的精确测算。

  马里兰州约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)的新视野探测器项目运行主管爱丽斯·鲍曼(Alice Bowman)表示:“我们的团队正非常努力地工作以确保达成这项目标,我们深知我们只有一次机会,必须一次成功。”她说:“我们已经规划好了与冥王星遭遇期间的每一个步骤,并对其中的操作进行了反复的模拟练习,现在我们感到非常兴奋,因为真正的操作即将到来。”

  另外,新视野号飞船的使命与并不会在7月14日飞越冥王星之后就此结束,因为它只有非常短暂的时间可以收集数据,因此根据设计,新视野号将在近距离飞过冥王星时尽可能多,尽可能快的进行数据采集,采集到的数据量将超过其能够及时发回地球数据量的100倍以上,这些数据只有在飞过冥王星并逐渐远离的过程中再分批逐渐传回地球。

  在数据的回传安排中,在接近冥王星之前和离开冥王星之后,新视野号都将安排数据回传,其中为确保安全,首先选择并回传高优先级数据,而其他数据则将在未来16个月的时间内陆续安排回传。

  最后,在结束冥王星考察任务之后,美国宇航局还计划让新视野号飞船造访一到两颗柯伊伯带天体(KBOs)。在完成对冥王星的历史性考察之后任务,这些后续的考察安排可能将持续长达数年的时间。
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