□ 鄭本昌

NASA再度聚焦天王星和海王星探測(cè)

□ 鄭本昌

近日，據(jù)美媒報(bào)道，美國(guó)宇航局的一個(gè)小組正在評(píng)估一項(xiàng)探測(cè)海王星和天王星的計(jì)劃，爭(zhēng)取在2030年發(fā)射探測(cè)器開展考察行動(dòng)。如果能夠成行，將大大增加人類對(duì)這兩顆冰凍巨行星的了解。那么，這兩顆行星有何特點(diǎn)？對(duì)其探測(cè)會(huì)面臨哪些難題？

重啟探測(cè)正當(dāng)時(shí)

深空探測(cè)已經(jīng)成為了當(dāng)下航天熱點(diǎn)，雖然經(jīng)常能聽(tīng)到很多關(guān)于探測(cè)火星、木星和土星的消息，但遠(yuǎn)離太陽(yáng)的行星似乎并沒(méi)有受到太多的關(guān)注，只有2015年7月新視野號(hào)探測(cè)器飛掠冥王星引起了不小的轟動(dòng)。

雖然只是掠過(guò)匆匆一瞥，但取得的成果已經(jīng)令人激動(dòng)，也激發(fā)了人們對(duì)遠(yuǎn)地行星進(jìn)行探測(cè)的熱情。此次美國(guó)宇航局宣布將天王星和海王星納入探測(cè)目標(biāo)，也標(biāo)志著繼上世紀(jì)80年代末“旅行者2號(hào)”飛掠這兩顆行星后，人類重啟探測(cè)天王星和海王星之路。

旅行者號(hào)計(jì)劃是美國(guó)深空探測(cè)的豐碑，也是首次進(jìn)入星際空間的人類探測(cè)器。“旅行者2號(hào)”于1977年發(fā)射升空，成功連續(xù)訪問(wèn)了木星、土星，并分別在1986年1月24日和1989年8月25日掠過(guò)天王星、海王星。然而，對(duì)兩顆介于土星和冥王星之間、直徑是地球四倍的大行星而言，這匆匆一瞥顯然無(wú)法滿足人類的好奇心。

此外，在2011年美國(guó)信使號(hào)探測(cè)器進(jìn)入環(huán)水星軌道后，太陽(yáng)系八大行星就只有天王星與海王星還未有以繞飛的方式進(jìn)行過(guò)詳細(xì)探測(cè)。因此，美國(guó)宇航局此時(shí)宣布新的探索計(jì)劃可謂正當(dāng)時(shí)。

▲ 天王星

▲ 海王星

既熟悉又陌生的行星

天王星和海王星是太陽(yáng)系最外圍的兩顆行星，距離太陽(yáng)20個(gè)和30個(gè)天文單位（1個(gè)天文單位約為1.5億千米）。從體型上來(lái)看，這“哥倆”緊隨木星和土星之后，分別位列八大行星中的第三位和第四位。雖然，天王星和海王星都屬于氣態(tài)巨行星，但是由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)及大氣組成與木星和土星這類傳統(tǒng)的氣態(tài)巨行星存在一定差異，天文學(xué)家又把它們細(xì)分為冰巨星。木星與土星的主要成分是氫和氦，而天王星與海王星主要由氨、水和甲烷等物質(zhì)組成。氣態(tài)巨行星的質(zhì)量90%以上都是氫和氦，而天王星與海王星只有20%是氫和氦。

可以說(shuō)，人類對(duì)天王星和海王星既熟悉又陌生。更有趣的是，“旅行者2號(hào)”曾經(jīng)在海王星上探測(cè)到了大黑斑，但奇怪的是1994年哈勃空間望遠(yuǎn)鏡試圖觀測(cè)時(shí)它卻消失了，幾個(gè)月后在另一個(gè)地方又重新發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的黑斑，其緣由一直無(wú)法得知，成了一個(gè)未解之謎。

除此之外，天文學(xué)家在海王星和天王星研究方面取得的最新進(jìn)展也吸引了更多人注意——海王星和天王星上有可能覆蓋有大片液態(tài)鉆石海，海面上還漂浮著類似于冰山、體積龐大的固體鉆石。

極高的科學(xué)價(jià)值

為了對(duì)太陽(yáng)系內(nèi)這兩位神秘的冰巨人有更深入的了解，重啟探索之路十分必要。此舉在科學(xué)上也有極高的研究?jī)r(jià)值，對(duì)于推動(dòng)人類認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系、系外行星系統(tǒng)和行星的形成與演化至關(guān)重要。

美國(guó)宇航局規(guī)劃的探測(cè)任務(wù)中，最重要的兩個(gè)科學(xué)目標(biāo)分別是，確定這些冰凍巨行星的成分和確定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及不同元素的豐富程度。

美國(guó)宇航局“冰巨星10年預(yù)研計(jì)劃組”合作主管艾米·西蒙表示，預(yù)想中的探測(cè)模式是發(fā)射1艘軌道器，并攜帶釋放進(jìn)入天王星或海王星大氣層的探測(cè)器。

不過(guò)，這次探測(cè)任務(wù)要想成行，也面臨著很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。從地球出發(fā)，探測(cè)器將在太空飛行至少14年時(shí)間才能抵達(dá)目的地，并且由于天王星和海王星所在的距離過(guò)于遙遠(yuǎn)，不足以支持太陽(yáng)能發(fā)電，因此探測(cè)器需要考慮攜帶核電源。同時(shí)，還將面臨稍縱即逝的發(fā)射窗口問(wèn)題。

因此，對(duì)于天王星最好的發(fā)射窗口在2034—2036年之間，對(duì)于海王星來(lái)說(shuō)，如果過(guò)了2030年機(jī)會(huì)就會(huì)很少?！?/p>