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经过九年半的时间,探测器终于到达冥王星!
美国宇航局(NASA)的新视野号(New Horizons)探测器将于2015年7月14日到达冥王星。由于距离我们太遥远,冥王星曾是一个真面目不为人知、我们从未到达过的天体。然而现在它的神秘面纱终于要被揭开了。此次冥王星探测有望带给我们怎样的发现?本文将为大家呈现冥王星探测计划的内容以及6月中旬获取的最新观测成果。
新视野号探测器希望探明什么?
新视野号探测器于2006年1月19日发射升空。在它发射升空的那一刻,冥王星还被认为是一颗行星。后来冥王星的分类从行星变更成了矮行星,这是否使得探测冥王星的价值变低了?
诚然,这意味着它已经失去了"到达太阳系最后一颗未至之行星"这一一目了然的"主题",但是它的科学意义却丝毫没有减少。近年来,柯伊伯带(Edgeworth-Kuiper Belt)天体作为保存着太阳系演化历史痕迹的天体,其重要性越来越被人们所认识。下面就来详细了解一下新视野号的探测之旅。
史上最快的发射速度
由于冥王星的距离很远,所以要想到达它就要求探测器的发射速度很快。以向斜坡上滚动小球为例就不难理解了,如果要让小球到达尽可能高的地方应该怎么办?小球离开手之后就不能再向上加速滚动了,同样的道理,探测器从地球上发射升空之后,凭借它自己的力量几乎是无法继续向外加速飞行的。所以,初速度加快到什么程度决定着小球可以滚到斜坡的哪个位置(对于探测器来说就是离开太阳的距离能有多远)。
另外,探测器的发射速度还决定着到达目标天体所需要的天数。当然,发射速度越快,到达目标天体所需要的天数就越少。宇宙空间环境异常残酷,各种高能粒子(宇宙射线)飞来飞去。为降低探测器发生故障的风险,最保险的做法就是让探测器尽快到达目标天体。
另外,探测器飞向的宇宙空间如果比木星还远,它所需要的电能就无法通过太阳能发电获得。距离太阳太远,发电量就不足了。
而新视野号探测器上面搭载着"核能电池",这种电池是利用放射性元素放出射线时产生的热量进行发电的。核能电池的寿命有限,所以,到达目的地的用时越短越好。
根据以上理由,新视野号是以史上最快的速度发射升空的(大约每秒16千米,相对于地球的速度)。为了实现这一速度,探测器的重量轻至478千克(包含推进剂在内),并且发射所使用的第一级"宇宙神5号"(AtlasV)火箭上还安装了5个辅助推进装置,也是史上最多的。
经过九年半的时间,在50亿千米之外"会面"
新视野号发射升空之后的速度相对太阳来说是每秒37.5千米,用史上最短的1年零1个月到达了木星。但是,在"攀爬太阳系坡道"的过程中,这个速度会慢慢下降。到达木星时的速度(相对太阳来说)变为每秒19千米左右。
在这里,新视野号实现了引力弹弓效应(绕行星变轨)。这是一种经过行星旁边时借助行星公转的力量来使探测器加速的方法,这种方法经常应用于行星探测中。新视野号在木星这里成功实现绕行星变轨,速度(相对于太阳来说)上升到大约每秒23千米,向着冥王星的方向迅猛前进。通过在木星处的绕行星变轨,与从地球直接飞向冥王星相比,新视野号探测器到达冥王星所用的时间可以缩短3年。
新视野号最接近冥王星的时间预计在2015年7月14日上午11时47分(世界时。北京时间为14日下午7时47分)。此时与冥王星之间的距离预计约为1.25万千米。相比之下,地球同步轨道卫星(在赤道上空与地球自转同步的卫星)与地面之间距离约为3.6万千米。因此,新视野号应该能够对冥王星进行详细的观测。顺便说一句,在最接近冥王星的时候,新视野号的位置比冥王星的卫星卡戎的轨道还要靠里。
但是,新视野号不能进入冥王星的环绕轨道。这是因为进入冥王星的环绕轨道需要大幅减速,这难以实现。如果让推进剂逆向喷射倒有可能实现减速,但是这样探测器就必须要运载着大量推进剂飞向冥王星。推进剂越多,发射时的重量就越重,而发射的速度也就越慢。这样一来,顺利到达冥王星本身都成问题。因此,九年半的旅程的结果就是将所有的一切都寄托于"飞近"(接近经过)冥王星附近这一次机会。
不过也正因为如此,新视野号才能对冥王星之外的另一个天体进行观测。在经过冥王星以后,探测器就要向某一个柯伊伯带天体前进,也要对它进行飞近后的近距离观测。现在具体是哪一个目标天体还没有确定。不过,目前已经发现了不止一个候选天体。冥王星探测完毕之后对柯伊伯带天体的观测预计会在2018~2019年前后进行。
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