劉聲遠(yuǎn)

2015年7月14日，美國東部時間晚9時左右，一個無線電遙測信號預(yù)計將完成超過48億千米的遠(yuǎn)征，到達(dá)美國宇航局“深空網(wǎng)絡(luò)”的一座巨型碟形天線，隨后來到位于美國馬里蘭州的一個指揮中心——行星科學(xué)家阿倫·斯特恩將在此恭候。一旦信號如期抵達(dá)，他就將知道自己25年來孜孜以求的冥王星勘測邁出了最重要的一步。

在這個信號到達(dá)之前13小時，重量約為500千克、如鋼琴大小的“新地平線號”探測器（以下簡稱“新地平線號”）將飛過冥王星（現(xiàn)已從行星降格為矮行星）及其衛(wèi)星群，拍攝近距離照片和采集其他數(shù)據(jù)。斯特恩期待這些信息將“改寫教科書”。不過，這要求“新地平線號”避開時速高達(dá)4.99萬千米的塵埃和冰粒子的撞擊，否則，還等不到有機(jī)會向地球傳輸自己的種種發(fā)現(xiàn)，這艘探測器就已葬身太空。常駐美國科羅拉多州“西南研究所”的斯特恩說：“那真是一場十分嚴(yán)峻而又緊張萬分的考驗(yàn)?！彼恼Z氣似乎是很開心的，就好像他歡迎這場危機(jī)四伏的考驗(yàn)似的。實(shí)際上，到了現(xiàn)在，作為“新地平線號”任務(wù)的主要籌劃者和推動者，斯特恩已經(jīng)習(xí)慣了緊張——有關(guān)遠(yuǎn)征冥王星的幾乎所有細(xì)節(jié)，其實(shí)都是抗?fàn)帯?/p>

25年前，當(dāng)斯特恩開始尋求冥王星之旅時，他的同行們?nèi)栽谄谂巍奥眯姓咛枴彪p飛行器（發(fā)射于1977年）對外太陽系的探測結(jié)論?；I劃者們一度考慮過把冥王星納入“旅行者1號”的探測目標(biāo)，但他們隨后為“旅行者1號”選定的路線是讓它飛近探測更有吸引力的目標(biāo)，例如土星的衛(wèi)星泰坦（土衛(wèi)六）。于是，“旅行者1號”在1980年經(jīng)過土星后，直接向星際空間飛去。隨著“旅行者2號”在1989年8月飛近探測海王星，“旅行者號”雙飛行器的外太陽系探索之旅畫上了句號。

大多數(shù)科學(xué)家對冥王星未能得到近距離探測不以為然。但是，斯特恩不是其中一員。對他而言，太陽系探索并未完成。到了1989年春季，在獲得天體物理學(xué)和行星科學(xué)博士學(xué)位后，斯特恩就已在思索怎樣推動美國宇航局發(fā)射對冥王星（當(dāng)時它是太陽系第九大行星）的探測器。那時的他是個年輕人，但也是天體物理學(xué)及行星探索領(lǐng)域的資深人士。而該領(lǐng)域的主要科學(xué)家都已年過五十，他們對斯特恩說：“你沒開玩笑吧？等到我們（的探測器）能到達(dá)冥王星之時，我們恐怕都已作古了?！边@顯然是夸張，讓探測器去冥王星要不了太長時間。不過，要是美國宇航局遲遲不下這方面的決心，那么這些科學(xué)家可能真得等到“作古”，也可能等不到探測器飛抵冥王星。如此一來，飛近探測冥王星就將成為他們未能了卻的一個心愿。

斯特恩召集了多名科學(xué)家，一起承擔(dān)近距離探測冥王星的壯舉。在“旅行者2號”飛近探測海王星，讓科學(xué)家首次窺探到海王星的一顆含冰衛(wèi)星——特里同（海衛(wèi)一）之后，這項(xiàng)事業(yè)變得越發(fā)誘人?？茖W(xué)界曾普遍認(rèn)為特里同是冥王星的表兄弟。而“旅行者”拍攝的圖像顯示，特里同表面地貌怪異、扭曲，還有由凍結(jié)的氮構(gòu)成的間歇泉。這讓科學(xué)家們非常驚訝。他們開始相信，冥王星或許也一樣奇異和令人激動。

1930年，在經(jīng)過近一年的望遠(yuǎn)鏡觀測后，美國一家天文臺的一名年輕助理克萊德·湯博率先發(fā)現(xiàn)了冥王星。冥王星距離地球和太陽如此遙遠(yuǎn)，它248年才環(huán)繞太陽一圈，與太陽的平均距離是59.5億千米。發(fā)現(xiàn)冥王星近半個世紀(jì)后，科學(xué)家才擁有了研究它的技術(shù)。1976年，3名美國科學(xué)家在冥王星的紅外光譜中發(fā)現(xiàn)了甲烷，并且推測這些甲烷冰凍在冥王星的表面。這一發(fā)現(xiàn)堪稱是劃時代的壯舉。幾年后，科學(xué)家們知道了冥王星的冰中還有更奇異的氮霜和一氧化碳霜。這些冰霜之所以能夠存在，僅僅是由于冥王星的表面溫度只有-228.9℃。直到1978年，科學(xué)家才探測到冥王星的衛(wèi)星卡戎。后者的大小相當(dāng)于美國的得克薩斯州，大約是冥王星大小的一半。其實(shí)，直到今天也無人確知冥王星究竟有多大，但估計其大小約為地球的2/3。

1988年，科學(xué)家使用美國宇航局的一部太空望遠(yuǎn)鏡，觀測冥王星在5分鐘時間內(nèi)從一顆恒星前方經(jīng)過的過程。他們發(fā)現(xiàn)，恒星的星光并未突然暗下來（如果行星沒有大氣，就會造成星光突然變暗），而是逐漸變暗，這就證明冥王星至少有些許大氣。當(dāng)時尚未就讀研究生院的蕾絲莉·楊，是這項(xiàng)觀測的助手之一。如今已是“新地平線號”任務(wù)副主任的她回顧說：“那5分鐘的經(jīng)歷，改變了我的一生?！?/p>

至于冥王星究竟是什么模樣，那是地球上的任何望遠(yuǎn)鏡都力所不及的。作為“新地平線號”任務(wù)團(tuán)隊(duì)成員之一，馬克·布伊在1983年觀測冥王星時就知道了這一點(diǎn)。到了1994年，他贏得了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的觀測時段，從而首次得以一瞥冥王星的面孔，但只是很模糊的觀測——就算是在“哈勃”的視野中，冥王星也只有幾個像素。對冥王星拍攝的那些所謂最佳的照片，也只能顯示出冥王星表面看似隨著時間變化、明暗對比強(qiáng)烈的斑塊而已。與此同時，斯特恩及其他科學(xué)家提出，冥王星表面的揮發(fā)性冰霜以及它的稀薄大氣層鎖定于一種緩慢而復(fù)雜的舞蹈中，冰霜隨著季節(jié)變換持續(xù)遷徙：夏季，冰霜從太陽光照暗弱的極地蒸發(fā)；冬季，冰霜凝固在幽暗的極地。如此看來，冥王星竟然不是一個冰球，而是一個比大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為的還要復(fù)雜得多的天體。

到了這時，一場已經(jīng)開始的變革將重塑科學(xué)家們對太陽系的認(rèn)識。在冥王星軌道外的廣漠空間搜尋時，科學(xué)家們探測到了更遙遠(yuǎn)的世界，那里有許多星體都與冥王星個頭相近。到了20世紀(jì)90年代末期，科學(xué)家們已經(jīng)意識到，他們所看見的那些天體都屬于一個族群（如今稱為矮行星）。他們對矮行星家族成員的數(shù)量仍不清楚，但推測可能有成千上萬顆。這些天體所在區(qū)域被命名為柯伊伯帶（杰拉德·柯伊伯是美國亞利桑那大學(xué)“月球及行星實(shí)驗(yàn)室”創(chuàng)始人，被普遍認(rèn)為是行星天文學(xué)之父）。這是太陽系中一個全新的未知地帶。

至于冥王星，國際天文學(xué)聯(lián)合會把它的身份從以前名正言順的行星貶為矮行星。但對于這個新造的概念，斯特恩等科學(xué)家至今不予認(rèn)同。雖然美歐等地的許多教科書中現(xiàn)在都說太陽系中只有8顆行星，但對于什么天體才夠“行星”資格的爭論無疑會繼續(xù)下去。

這場爭論爆發(fā)之前，斯特恩就在“推銷”他的冥王星探測任務(wù)方面采取了一種新論調(diào)。突然之間，他不再被視為“另類”。他越來越少地論及造訪冥王星，而是更多地談?wù)撎剿骺乱敛畮е幸阎畲蠛妥钣腥さ奶祗w的機(jī)會。雖然他對推動這類探測任務(wù)不遺余力，但前往冥王星及柯伊伯帶所需的高昂成本和漫長航行時間卻讓人望而卻步。許多行星科學(xué)家為競爭美國宇航局有限的經(jīng)費(fèi)，都收回了對冥王星或柯伊伯帶探測任務(wù)的支持。從20世紀(jì)90年代進(jìn)入21世紀(jì)，美國宇航局在這方面猶豫不決：冥王星一次又一次在任務(wù)計劃名冊中出現(xiàn)和消失。直到2003年，美國宇航局才終于批準(zhǔn)了斯特恩的飛近探測提議——不僅是探測冥王星，而且還要盡可能探測另一顆柯伊伯帶天體。斯特恩把這項(xiàng)任務(wù)命名為“新地平線號”，不僅寓意該任務(wù)要探索的是太陽系中的未知領(lǐng)域，而且寓意相對迅速和低成本深空探測技術(shù)的研發(fā)。

行星之間的相對運(yùn)動，使得2006年的最初幾周成為一個重要的發(fā)射窗口：如果在此期間升空，“新地平線號”就會經(jīng)過巨大的木星，獲得強(qiáng)大的木星引力援助，從而把航行時間從14年縮短到9年半。否則，“新地平線號”必須等到2020年后才會抵達(dá)冥王星。按照一些理論模型，如果發(fā)生后一種情況，斯特恩團(tuán)隊(duì)就可能沒有機(jī)會研究冥王星的大氣層：到那時，在高度偏離正圓的軌道中運(yùn)行的冥王星將運(yùn)動到距離太陽很遠(yuǎn)處，那樣一來，冥王星的大氣層就應(yīng)該已經(jīng)凍結(jié)在冥王星表面。

因?yàn)椤靶碌仄骄€號”的設(shè)計、制造和測試時間只有不到3年，所以斯特恩團(tuán)隊(duì)不得不“懸梁刺股”、爭分奪秒地加緊干。幾乎每個人都對他們說：“伙計，你們干不成的?！弊罹o張時刻之一出現(xiàn)在2004年夏季。當(dāng)時，由于安全故障，美國洛斯·阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室暫時關(guān)閉，從而威脅到“新地平線號”的燃料——钚的生產(chǎn)。好在，潛心苦干沒有白費(fèi)。斯特恩團(tuán)隊(duì)最終趕在了最后期限之前完工，而且基本未超預(yù)算。斯特恩不無自豪地說：“宇航局花了超過11年時間和將近3億美元來研究冥王星任務(wù)，而我們建造該任務(wù)的硬件也只花了這么多成本?！?/p>

2006年1月19日，“新地平線號”離開地球。當(dāng)時，“擎天神5型”強(qiáng)力運(yùn)載火箭把它推進(jìn)到每小時5.79萬千米的速度，這也是飛船離開地球時的最大速度。不到9小時后，它就跨越了月球軌道，而這個時長僅為“阿波羅”飛船登月任務(wù)途中費(fèi)時的幾分之一。還不到1個月，“新地平線號”就已深入太空160萬千米。2007年2月，在距離地球8億千米的地方，“新地平線號”飛奔經(jīng)過木星，并且踏上飛往冥王星之路?！靶碌仄骄€號”控制團(tuán)隊(duì)把它這次對木星的飛近探測作為一次演練：遙控它對準(zhǔn)木星及其衛(wèi)星，以便到時候讓它對準(zhǔn)冥王星和其他的柯伊伯帶天體。不過，由于還要等8年半的時間才能到達(dá)冥王星，所以任務(wù)控制團(tuán)隊(duì)讓“新地平線號”進(jìn)入冬眠模式，只在每年檢查它的系統(tǒng)時才把它喚醒。

在這一漫長、孤寂的巡航階段，任務(wù)控制團(tuán)隊(duì)卻比你預(yù)想的要忙，因?yàn)橼ね跣呛涂ㄈ郑ㄚばl(wèi)一）還有其他伙伴。參與該項(xiàng)目的科學(xué)家哈爾·韋弗及一個小團(tuán)隊(duì)就使用“哈勃”，在2005年發(fā)現(xiàn)了兩顆冥衛(wèi)。它們的直徑都不超過160千米，稍后它們分別被命名為尼克斯和海德拉，這些名字都緣于“新地平線號”的英語發(fā)音。接著，在2011年和2012年，“哈勃”發(fā)現(xiàn)了另外兩顆還要小得多的冥衛(wèi)——科比羅斯和斯迪克斯。這些新發(fā)現(xiàn)的冥衛(wèi)讓軌道動力學(xué)家十分頭痛，他們搞不懂冥王星為何會有如此這般的衛(wèi)星組合。不僅這樣，科比羅斯和斯迪克斯的超小個頭讓這些科學(xué)家尤其困擾：它們的引力理應(yīng)很弱，所以不能把噴射自它們表面的殘?。ㄔ诼L時間里，由路過的柯伊伯帶天體碰撞它們而生成）布成陣列，那么冥王星周圍區(qū)域很可能分布著微型碎冰和巖石塊，這樣就為造訪冥王星的“新地平線號”設(shè)下了一個潛在的陷阱。韋弗解釋說，就算“新地平線號”遭遇一個1毫米直徑的顆粒碰撞，這項(xiàng)任務(wù)也可能宣告失敗。

“新地平線號”任務(wù)團(tuán)隊(duì)花了一年半時間，結(jié)合數(shù)學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)，研究這艘飛行器可能面臨的塵埃顆粒碰撞風(fēng)險。在實(shí)驗(yàn)中，他們使用了美國宇航局“白沙實(shí)驗(yàn)設(shè)施”（位于新墨西哥州）和戴頓大學(xué)（位于俄亥俄州）的超高速槍。這些槍向“新地平線號”的備用硬件發(fā)射微型彈藥（模擬塵埃顆粒）。讓科學(xué)家們放心的是：研究結(jié)果表明，“新地平線號”的初定飛行路徑（旨在讓該任務(wù)的科學(xué)回報最大化）也是危險性最小的路徑。馬克·布伊如此形容：“唯一不那么危險的選擇，就是不去（造訪冥王星）?！?/p>

即便如此，隨著“新地平線號”在2015年春季逼近冥王星，任務(wù)團(tuán)隊(duì)仍需當(dāng)心可能存在的其他冥衛(wèi)，尤其是那些可能催生塵埃群的冥衛(wèi)。在7月14日“新地平線號”與冥王星相遇的兩周之前或更早，如果發(fā)現(xiàn)了潛在的威脅，那么依然有時間讓這艘飛行器轉(zhuǎn)換到另一種飛行軌跡，從而降低風(fēng)險。在此之后，控制團(tuán)隊(duì)可能會采取最后一個緊急舉措：在“新地平線號”最接近冥王星之前大約3小時，讓這艘飛行器重新定向，即讓它的2.1米碟形天線指向飛行方向，以充當(dāng)一種盾牌。這將限制高分辨率的科學(xué)觀測（讓“新地平線號”搭載的儀器重新定向，需要轉(zhuǎn)動整艘飛行器），但如果這種犧牲能確保飛行器在與冥王星的相遇中存活下來，或許它就是必要的。韋弗相信重新定向?qū)⒉粫潜匾模涓怕士赡苤挥?/1000。

“新地平線號”任務(wù)團(tuán)隊(duì)的興奮度從2015年4月開始上升，因?yàn)檫@艘飛行器與冥王星近距離相遇階段由此正式開始。從5月中旬起，來自“新地平線號”所搭載的黑白遠(yuǎn)距照相機(jī)的圖像已超過“哈勃”拍攝的冥王星最高質(zhì)量圖像的分辨率。按照蕾絲莉·楊的說法，在此后兩個月中，“每一幅（由‘新地平線號’拍攝的冥王星）照片都將是迄今為止最好的冥王星肖像”。斯特恩則說，7月13日，即“新地平線號”與冥王星最近距離相會的前一天，通過這艘飛行器看到的冥王星的樣子會比世界上最好的雙筒望遠(yuǎn)鏡所觀測到的月球“更好看”。

在這個相會之日，隨著冥王星及其衛(wèi)星系統(tǒng)在“新地平線號”機(jī)載科學(xué)儀器視場中迅速變大，儀器組將對冥王星和卡戎的表面特征、化學(xué)組成、大氣層及相鄰衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)百次觀測。在“旅行者號”雙飛船建造40年后，“新地平線號”攜帶的是40年前看來屬于“科幻”的技術(shù)，例如高達(dá)25兆像素的彩色相機(jī)，以及能詳盡繪制冥王星及卡戎表面組成的紅外光譜儀。長期以來科學(xué)家一直推測，當(dāng)冥王星表面的甲烷冰暴露在太陽和宇宙輻射中時，產(chǎn)生的有機(jī)分子造成了冥王星表面的紅褐色陰暗區(qū)域。但正如蕾絲莉·楊所指出的那樣，這只不過是過去30年中科學(xué)家們對冥王星表面情況的猜想而已。“新地平線號”搭載的紅外光譜儀將告訴我們這種假想是否正確。

盡管“新地平線號”很先進(jìn)，斯特恩團(tuán)隊(duì)卻不得不對它的設(shè)計做出一定的妥協(xié)，以減少重量和造價。尤其是，這艘飛行器缺乏一張掃描平臺，因此它不具備“旅行者號”的一種能力：一邊采集數(shù)據(jù)，一邊把天線指向地球。斯特恩指出，在它與冥王星的相會日，他們既不會與“新地平線號”通話，也聽不見來自它的訊息。也就是說，這艘飛行器只能完全依賴自己。在最近距離相會后，它甚至無需向地面控制團(tuán)隊(duì)“簽到”。這就意味著，控制團(tuán)隊(duì)無法及時了解“新地平線號”是否在穿越冥衛(wèi)所在平面（這里的塵埃危險最大）的過程中存活了下來。只有等到當(dāng)晚，才能通過飛行器向地球發(fā)來的簡短訊息，來了解它的健康狀況。斯特恩說，“經(jīng)過25年之后，我們能夠再等12小時，看它（指‘新地平線號’）到底怎么樣了。”

7月14日，美國東部時間早上7時49分，在距離冥王星大約9978千米的地方，“新地平線號”將與冥王星最近距離相遇。在那里，太陽光的亮度還不到它在地球上的亮度的1/1000，所以需要長曝光以避免模糊。為此，“新地平線號”將不得不旋轉(zhuǎn)以追蹤目標(biāo)。當(dāng)“旅行者2號”1989年拍攝海衛(wèi)一特里同的近距離圖像時，就采用了這種技術(shù)。然而，“新地平線號”屆時距離冥王星比“旅行者2號”當(dāng)時距離特里同要近得多，因此前者拍攝的照片分辨率是后者的11倍都不止。其中，最好的照片將能顯示0.002平方千米大小的地貌。

從這些照片上，我們會看到什么？斯特恩及其團(tuán)隊(duì)都不愿進(jìn)行猜測。碰巧的是，“新地平線號”到達(dá)冥王星的日子，正好是50年前美國宇航局的“水手4號”飛船率先抓拍到火星近距離照片的同一天。這些照片震驚了科學(xué)家們：他們一直以為火星表面與地球表面差不多，孰料，這些照片卻顯示火星表面像月球一樣密布隕擊坑，也像月球一樣荒涼、了無生機(jī)?？茖W(xué)家們，甚至就連太空探索迷們都很清楚，從依娥（木衛(wèi)一）表面的活火山到辮子和帽子似的土星環(huán)，50年來的行星探索發(fā)現(xiàn)帶給人們太多驚喜?？墒牵藗冞€是愛作出推測。一位匿名的美國宇航局地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，冥王星的揮發(fā)性冰實(shí)際上蒸發(fā)自陽光照射的北半球，這一過程也許會創(chuàng)建一種壯麗的懸崖峭壁和平頂山景觀，就像是美國亞利桑那州紀(jì)念谷的冰凍版本。還有一些科學(xué)家大膽提出，就像一些土衛(wèi)和木衛(wèi)可能存在地下海洋，冥王星也可能存在這樣的海洋。斯特恩團(tuán)隊(duì)也將尋找冥王星表面類似于特里同（海衛(wèi)一）表面間歇泉那樣的噴泉。不過，這樣的尋找需要一些運(yùn)氣，原因是冥王星有一個半球被黑暗籠罩。

在相遇后離開冥王星的過程中，“新地平線號”將回望冥王星和卡戎所造成的日食。屆時，機(jī)載儀器將有短暫機(jī)會窺探這兩個天體的大氣層，并且研究它們的結(jié)構(gòu)、溫度和壓力。這艘飛行器也將觀察被反射自卡戎的微弱光線照射的冥王星的黑暗半球，分辨率與從地球上裸眼看月球差不多，足以查明新鮮的冰是否已開始在冥王星的冬季極地堆積。

如果“新地平線號”能夠在通過冥王星系統(tǒng)的航程中存活下來，那么從7月15日早上7時左右開始，一個預(yù)先選擇的相遇數(shù)據(jù)樣本將抵達(dá)美國約翰·霍普金斯大學(xué)在美國馬里蘭州的應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室。這個被萬眾期待的照片數(shù)據(jù)包，將以稍稍壓縮的方式傳輸，目的是為了加快傳輸速度。即便如此，由于傳輸距離巨大，而“新地平線號”的天線又相對小，因此傳輸速度將只有每秒2000比特，比20世紀(jì)80年代的調(diào)制解調(diào)器（傳輸速率是每秒2400比特）還慢。

出于安全考慮，“新地平線號”要在接下來的兩個月里，以壓縮數(shù)據(jù)包的形式發(fā)回所有的相遇信息，從而讓它獲得科學(xué)發(fā)現(xiàn)的節(jié)奏看來更像是一次軌道器任務(wù)，而不像是一次性的飛近探測。隨后，這艘飛行器將以未經(jīng)壓縮的方式，重新傳輸所有數(shù)據(jù)。這個過程將一直持續(xù)到2016年秋季。到那時，“新地平線號”距離另一次飛近探測——進(jìn)入柯伊伯帶內(nèi)部——還有大約兩年時間。但是，這次應(yīng)該探測比冥王星還遠(yuǎn)的哪一個柯伊伯帶天體呢？這竟然是一個不小的挑戰(zhàn)。用地面望遠(yuǎn)鏡搜尋多年后，這個問題依然沒有答案。直到2014年，“哈勃”才幫上了忙。斯特恩團(tuán)隊(duì)一下子得到了用“哈勃”搜尋1個目標(biāo)的202次機(jī)會。到2014年10月，他們宣布找到了搜尋目標(biāo)：兩顆小小的柯伊伯帶天體，它們的直徑都不到56千米，并且它們都比冥王星遠(yuǎn)大約16億千米。目前，這兩個天體的名稱分別暫定為PT1和PT3。美國宇航局將在2015年8月選定其中一個作為探測目標(biāo)。2015年秋季，“新地平線號”的引擎將點(diǎn)火，調(diào)整它的飛行路徑，目的是讓它踏上與這個目標(biāo)天體會合的行程。

蕾絲莉·楊滿懷期待地說：“我們原本打算探索的是柯伊伯帶中的兩個天體——冥王星和卡戎。而我們現(xiàn)在希望還能（讓‘新地平線號’）飛越另外4個更小的衛(wèi)星，這是沒得說的。我們探索的是（太陽系中另一個）全新環(huán)境中的全新（指科學(xué)家對其所知甚少）天體，這真奇妙！”眼下，“新地平線號”任務(wù)團(tuán)隊(duì)正全心盼望著即將到來、讓他們已經(jīng)著迷了幾十年的對另一個世界的探索。蕾絲莉·楊說，她最渴望探測數(shù)據(jù)能讓她開始時困惑、接著又不再困惑，不僅因?yàn)檫@種奧秘與揭秘充滿魅力，而且揭秘過程意味著冥王星和柯伊伯帶其他天體的全新魅力將逐漸展現(xiàn)。

對阿倫·斯特恩來說，“新地平線號”不會給他25年來的追求打上休止符。在他看來，“新地平線號”任務(wù)不只是對“旅行者號”探索外太陽系的一種補(bǔ)充，更是一次“全新的探測”。事實(shí)上，我們對外太陽系的了解可以說才剛剛起步。更令斯特恩期盼的是為冥王星“正名”。他說，如果一切順利，學(xué)生們很快就會在科學(xué)教科書中見到清晰的冥王星肖像了。

（本文圖片由美國宇航局提供。）

柯伊伯帶

柯伊伯帶是類似于小行星帶的一條大殘骸環(huán)，但前者主要由成分為冰的天體組成。柯伊伯帶從距離太陽30天文單位的地方一直延伸到距離太陽50天文單位的地方。雖然科學(xué)家估計柯伊伯帶中有幾十到幾千個矮行星，但柯伊伯帶的主要天體卻是數(shù)不清的太陽系小天體。不過，許多較大的柯伊伯帶天體將來可能會被證明是矮行星。估計有超過10萬個柯伊伯帶天體的直徑超過50千米，但柯伊伯帶的總質(zhì)量據(jù)認(rèn)為只有地球質(zhì)量的1/10～1/25（天文學(xué)界對此數(shù)值未廣泛認(rèn)同）。許多柯伊伯帶天體都有多顆衛(wèi)星，大多數(shù)柯伊伯帶天體的軌道都會把它們帶到黃道面（指地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道平面。任一時間這個平面總是通過太陽中心。黃道面和地球相交的大圓稱為黃道）之外。

如果它飛出柯伊伯帶……

如果“新地平線號”最終能飛出柯伊伯帶，它就有可能追隨“旅行者號”雙探測器的步伐，去探索日球?qū)樱ㄒ卜Q日光層或太陽風(fēng)層）的外沿，并且繪制日鞘（也稱太陽風(fēng)鞘）和日球?qū)禹敚ㄒ卜Q太陽風(fēng)頂層）的地圖?！靶碌仄骄€號”有可能在2047年左右抵達(dá)日球?qū)禹敗?/p>

即使“新地平線號”的發(fā)射速度比在它之前的任何飛出地球的太空飛行器都快得多，它也永遠(yuǎn)不可能超越“旅行者號”雙探測器，因而不能成為距離地球最遠(yuǎn)的人造飛行器?！奥眯姓?號”對土星及泰坦（土衛(wèi)六）的飛近探測，讓它得到了額外的引力援助。當(dāng)“新地平線號”到達(dá)100天文單位（1天文單位等于地球與太陽之間平均距離）的距離時，它的穿行速度大約是每秒13千米，比“旅行者1號”在同樣距離時的速度慢每秒大約4千米。

冥王星為什么會降級？

冥王星是柯伊伯帶中的最大天體，是已知環(huán)繞太陽的第10大質(zhì)量天體，也是已知質(zhì)量第2大的矮行星。與其他柯伊伯帶天體一樣，冥王星也主要由巖石和冰構(gòu)成。冥王星的質(zhì)量相對小，只有月球質(zhì)量的大約1/6，體積則只有月球的1/3。冥王星的公轉(zhuǎn)軌道是偏心的，并且高度傾斜，這讓冥王星與太陽之間的距離在30到49天文單位（44億到74億千米）之間變化。因此，冥王星周期性地比海王星更靠近太陽，但與海王星的軌道共振避免了這兩者相撞。2014年，冥王星與太陽之間的距離是32.6天文單位。在冥王星與太陽之間的平均距離（39.4天文單位）上，太陽光線要花5.5小時才能抵達(dá)冥王星。

發(fā)現(xiàn)于1930年的冥王星，原本被認(rèn)為是距離太陽第9遠(yuǎn)的行星。但在之后75年中，隨著對冥王星和外太陽系的研究進(jìn)一步深化，冥王星作為一顆大行星的地位遭到質(zhì)疑。從1977年發(fā)現(xiàn)小行星喀戎開始，多個擁有偏心軌道、與冥王星相似的含冰天體陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。2005年發(fā)現(xiàn)的離散盤天體厄里斯，質(zhì)量比冥王星大27%?？茖W(xué)家們認(rèn)識到，冥王星只是外太陽系多個大型含冰天體當(dāng)中的一個而已。2006年，這促使國際天文學(xué)聯(lián)合會正式確定了“行星”定義。此定義把冥王星排除在行星隊(duì)列之外，把冥王星重新定義為“矮行星”家族的一員，具體身份則是一個類冥天體。但也有不少科學(xué)家反對國際天文學(xué)聯(lián)合會的這個決定。他們認(rèn)為，冥王星的行星身份應(yīng)該得以保留，其他矮行星甚至衛(wèi)星則應(yīng)添加到行星名冊中。

冥王星擁有5顆已知的衛(wèi)星，其中最大的一顆——卡戎的直徑是冥王星直徑的一半多一點(diǎn)。冥王星和卡戎有時被描述為一對雙星，這是因?yàn)閮烧哕壍赖馁|(zhì)心并不位于其中任何一個天體內(nèi)部。國際天文學(xué)聯(lián)合會尚未正式確定雙矮行星的定義，卡戎仍被歸類為一顆冥衛(wèi)。

外太陽系

所謂外太陽系，是指太陽系的外圍區(qū)域，這里是巨行星及其大質(zhì)量衛(wèi)星的家園。太陽系小天體及許多短周期衛(wèi)星也環(huán)繞該區(qū)域。由于這些天體更遠(yuǎn)離太陽，所以它們比內(nèi)太陽系天體包含更高比例的揮發(fā)物，例如水、氨和甲烷，這是因?yàn)楦偷臏囟仍试S這些化合物保持固態(tài)。

外太陽系的4顆巨行星——木星、土星、海王星和天王星也被稱為外行星，它們的質(zhì)量之和占環(huán)太陽天體總質(zhì)量的99%。木星和土星的質(zhì)量分別是地球的318倍和95倍，但前兩者都幾乎全由氫和氦組成。天王星和海王星的質(zhì)量都是地球的十幾倍，它們的組成中有更多的冰。所有外行星都有環(huán)，但只有土星環(huán)從地球上容易觀測到。

內(nèi)行星

是相對于外太陽系天體而言更靠近太陽的行星。它們都有致密的、主要為巖石的構(gòu)成，沒有衛(wèi)星（有的話也很少），也沒有環(huán)系統(tǒng)。它們主要由難熔礦物質(zhì)例如硅酸鹽組成，這些礦物質(zhì)構(gòu)成它們的殼與幔。它們的內(nèi)核則由鐵、鎳等金屬構(gòu)成。4顆內(nèi)行星中的3顆（金星、地球和火星）所擁有的大氣層足以產(chǎn)生天氣，它們也都有隕擊坑和構(gòu)造特征，例如裂谷和火山。請勿把“內(nèi)行星”這個術(shù)語跟“地內(nèi)行星”這個術(shù)語混淆，后者指的是比地球更靠近太陽的行星，即水星和金星。

飛船搭載科學(xué)家部分骨灰

冥王星給太空飛行器帶來重大挑戰(zhàn)，這是因?yàn)樗馁|(zhì)量小，距離地球又太遙遠(yuǎn)。“旅行者1號”本來是可以拜訪冥王星的，但當(dāng)時的科學(xué)家決定讓它造訪在當(dāng)時看來更具魅力的土衛(wèi)六泰坦，從而造成它的飛行軌跡與飛近探測冥王星所需的飛行軌跡不兼容。而科學(xué)家們從未考慮過讓“旅行者2號”去訪問冥王星。在1990年以前，科學(xué)界一直沒有嚴(yán)肅嘗試過派飛行器去探訪冥王星。1992年8月，美國宇航局噴氣動力實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家羅伯特·斯特勒致電冥王星的發(fā)現(xiàn)者克萊德·湯博，請求獲準(zhǔn)造訪“斯特勒的行星”（指冥王星）。湯博后來回憶說：“我告訴他（斯特勒），歡迎來到冥王星。不過，他不得不追尋一條漫長、冰冷的行程（言下之意是，冥王星太遠(yuǎn)、太冷，要想去探望它很不容易）?！北M管這種熱情可嘉，美國宇航局卻因預(yù)算太大和運(yùn)載工具研發(fā)遲延等原因，在2000年取消了“冥王星-柯伊伯帶”任務(wù)。

在一場激烈的爭論后，經(jīng)過修訂、名為“新地平線號”的飛近探索冥王星計劃于2003年獲得美國政府的資金許可。“新地平線號”于2006年1月19日成功發(fā)射。該任務(wù)領(lǐng)頭人阿倫·斯特恩證實(shí)，克萊德·湯博的一部分骨灰（湯博于1997年去世）安放在“新地平線號”上。

2007年初，“新地平線號”利用了木星的引力援助。從它與冥王星的最近距離日——2015年7月14日之前的5個月起，它就開始對冥王星系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)觀測，并且這一探測將持續(xù)到最近距離日之后至少1個月。2006年9月下旬，在一次遠(yuǎn)程勘測成像儀測試期間，“新地平線號”抓拍了第一批冥王星的遠(yuǎn)距離圖像。這些圖像的拍攝地點(diǎn)距離冥王星約為42億千米，它們證實(shí)了“新地平線號”具備追蹤遙遠(yuǎn)天體的能力，這對于操控它飛往冥王星和其他柯伊伯帶天體來說意義重大。

“新地平線號”將使用一個遙感儀器包（其中包括多部成像儀、一部無線電科學(xué)調(diào)查工具）和分光鏡，并且通過一系列實(shí)驗(yàn)，來描述冥王星和卡戎的全球地質(zhì)和地形，測繪它們的表面組成，檢測冥王星的中性大氣層及其逃逸速度。此外，“新地平線號”還將拍攝冥王星和卡戎的表面圖像。

在“新地平線號”發(fā)射前后不久，冥王星的小衛(wèi)星們才被發(fā)現(xiàn)，它們可能會給“新地平線號”帶來不可預(yù)知的挑戰(zhàn)。小衛(wèi)星以及柯伊伯帶天體之間碰撞產(chǎn)生的碎片的逃逸速度相對低，它們有可能產(chǎn)生一種稀薄的塵埃環(huán)，如果“新地平線號”飛進(jìn)這樣的環(huán)系統(tǒng)，就可能遭到碰撞損壞。

2015年2月4日，美國宇航局發(fā)布了“新地平線號”在接近冥王星的途中拍攝的冥王星和卡戎的新圖像，拍攝時間分別是在2015年1月25日和27日，拍攝地點(diǎn)距離冥王星超過2.03億千米。2015年3月20日，美國宇航局邀請公眾為即將發(fā)現(xiàn)的冥王星和卡戎表面地貌起名字。

2003年，有科學(xué)家提議展開“冥王星軌道器-登陸器取樣返回”任務(wù)。該計劃包括從地球前往冥王星的12年航程、在軌道中為冥王星繪制地圖、多次登陸、熱水（旨在融化表面材料樣本）探測器，以及在冥王星表面為歷時12年的返回地球的航程生產(chǎn)推進(jìn)劑。不過，這項(xiàng)計劃顯然太過復(fù)雜，所以不了了之。