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剛剛,「新視野號」探測器飛越66億公里,掠過太陽系邊緣遠古天體

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2019年1月01日12時 今日科學 DeepTech深科技

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隨著新年的鐘聲敲響,人類的太空探索事業也掀開了新的一頁。北京時間 2019 年 1 月 1 日 13 點 33 分,NASA 通過官方直播宣布新視野號(New Horizons)探測器飛掠過了距地球約 66 億公里、位於太陽系邊緣柯伊伯帶(Kuiper belt)的名為「Ultima Thule」(天涯海角)的天體,這也是人類探測器觸及的最遠、最古老的天體。

(來源:NASA)

NASA 的 New Horizons 探測器於 2006 年被發射升空,其曾於 2015 年快速掠過冥王星表面時為科學家收集了有關該行星大氣和表面的寶貴數據。隨著 2019 年的到來,New Horizons 探測器終於來到了「天涯海角」。

根據天文學家的估計,代號為 MU69 的 Ultima Thule 自形成後就一直藏在太陽系邊緣深處,幾乎還保持著幾十億年前其剛形成時的狀態,可以算得上是人類可觸及的太陽系內的最老物質。該探測任務首席研究員,美國西南研究所(SwRI, Southwest Research Institute)的行星學家 Alan Stern

說:「據我所知,我們還從未有過機會去接近太陽系內如此古老的天體。」

圖 | New Horizons 飛掠 Ultima Thule(來源:NASA)

事實上,天文學家們在 20 世紀 90 年代初時還無法能確信太陽系邊緣的柯伊伯帶內存在著 MU69 以及與之類似的物體,當時僅有一些理論認為一些古老的岩石塊會被允許存在在那裡。雖然隨著技術進步,當今天文學家們已經成功觀測到了數千個位於柯伊伯帶的物體從海王星前面飄過,但這些遠古邊緣物體中的大部分都還尚未被發現。

天文學家認為,類似冥王星這種位於柯伊伯帶內的大型天體的軌道與大多數太陽系內大型天體的軌道一樣都是橢圓形。Alan Stern 說:「這些遠古岩石群結構複雜,保留著太陽系演化所留下的痕跡,而我們也常因此將它們戲稱為『太陽系的閣樓』。」

訪問一個像 MU69 這種的「遠古物質」是 New Horizons 計劃內的一部分,但要實際找到一個合適的訪問對象並對之進行接近卻比科學家們此前預期的要難得多。在與冥王星相遇後,New Horizons 會按照計劃在脫離太陽系,向銀河系中心前進的途中對合適的「遠古物質」進行訪問,而在哈勃望遠鏡為其找到的 5 個可能對象中,MU69

是燃料消耗最少、探測器可最快接近的物體,並且,對其進行訪問還可讓天文學家們保留日後讓 New Horizons 再在柯伊伯帶內進進一步勘探的選項(而不是在訪問後由於各種原因只能飛離太陽系)。

圖 | New Horizons 號探測器(來源:NASA)

與訪問冥王星時一樣,New Horizons 會以「飛躍」的方式訪問 MU69,但問題在於現在的 New Horizons 較冥王星任務那時又過了4 年,它的核動力驅動源已經老化,距離地球太遠意味著操控信號需要 6 小時才能從地球抵達探測器,而不光是這些技術性問題,連操控團隊也縮了水。New Horizons 任務運營經理,Alice Bowman

說:「此次任務要求的精度跟冥王星任務比要高很多,但留給團隊的準備時間卻很短,可是說是一次比飛躍冥王星更快,更難的任務。」

為避開如碎石之類的可見危險因素,New Horizons 在 2018 年 12 月早些時候用搭載的一部遠距攝像機花了數周時間對 MU69 附近區域進行了搜索,團隊則在確認區域安全後決定用距 MU69 表面僅 3500 公里的方式執行飛躍任務,但任務的難點在於 MU69 僅在 4 年前才被發現,天文學家們還沒有完全掌握其軌道信息,團隊只能靠探測器搭載的攝像頭對目標進行的直接觀測操控 New

Horizons。

飛躍任務始於聖誕節(12 月 25 日)當天,而直到聖誕節的那個周末(12 月 30 日)團隊才設法通過重新設定高解析度相機腳本將由攝像頭帶來的 MU69 位置誤差予以更正。雖然美國聯邦政府的部分關閉將持續至 2019 年年初,但作為 NASA 的承包商,約翰霍普金斯大學的應用物理實驗室能從儲備中拿出費用,暫時不依靠政府資金保證項目順利進行。

圖 | 由 New Horizons 所搭載的攝像頭在平安夜捕捉到的 MU69 首照(來源:NASA)

根據任務計劃,New Horizons 以每秒 14 公里的速度飛掠 MU69,並在收集數據後將數據傳回地球。第一波數據會在發出約 8 小時後抵達地球,屆時地麵糰隊便能判斷任務進行的是否順利,太空飛行器是否還工作正常。

但科學家們並不清楚太空飛行器究竟會拍到什麼,Alan Stern 說:「我們對像 MU69 這類的物體還知之甚少。」

從哈勃望遠鏡和 New Horizons 上的相機所收集到的圖像來看,這類物體的外觀可能會是一種暗紅色的長方形,天文學家們認為這種長方形外觀或能說明它們形成於相對平靜的環境。事實上,MU69 的照片看起來可能會有點無聊,因為如果沒有重力帶來的外表複雜性,它很可能就是一塊啥也沒有的石頭,但天文學家們希望藉此機會通過這種外表平均的物體來了解柯伊伯帶以及其他具有相似條件的太陽系邊緣區域。

項目助理科學家、維吉尼亞大學(University of Virginia)的天文學家 Anne Verbiscer 說:「我們有很多工作要做,要知道,一個寬 35 公里的『光滑』物體本身就存在著許多理論上的問題。」

加拿大英屬哥倫比亞大學(University of British Columbia)的天文學家布 Brett Gladman 認為,其表面的隕石坑數量將能為此提供一些至關重要的線索。例如,冥王星及其衛星的隕石坑數量遠少於預期,而如果 MU69 上的隕石坑也很少,天文學家就能以此來估計柯伊伯帶的原始程度,並判斷有多少巨行星在從近日點旅行到遠日點的途中曾向這些原始物體借過道。

圖 | Ultima Thule(來源:NASA)

而除了年齡和軌道,MU69 的構成也是天文學家們有望能通過此次任務獲得答案的問題之一。美國西南研究所的行星學家、項目副科學家 John Spencer 說:「作為太陽系外圍的主要構成部分,這類物體需要由大量的冰構成,但觀測顯示它們是暗紅色的,並不具有土衛二那種冰凍天體的白色外觀,而我們目前還不清楚是什麼導致了這類物體的暗紅色外觀,或者這類物體可能根本就不是由冰構成。」

貝爾法斯特女王大學(Queen’s University Belfast)的天文學家 Wesley Fraser 說:「我希望看到冰雪嵌入的岩石,這樣我的理論就能被驗證是正確的。」

很多科學家都對 MU69 的表面寄予厚望,Wesley Fraser 說:「有一種越來越流行的理論認為,形成行星的原始塵埃顆粒並不是雜亂無章的在碰撞中逐漸聚集,有證據表明它們可能是在湍流的作用下被聚在一起,然後在重力的作用下坍縮成了二元或三元質量,而如果事實真的如此,我們就應該能在 MU69 的表面看到那些原始顆粒。」

John Spencer 說:「不同於受陽光限制的地面望遠鏡,New Horizons 可以從多種角度對 MU69 進行觀測,幫助科學家揭示其表面的紋理和構成,進而判斷 MU69 是否能被看作是柯伊伯帶內這類遠古物質的典型代表。」

Wesley Fraser 說:「我們或許能在這幾天內就解決很多問題,但也有可能會迎來許多新的謎團。老實說,沒人希望 MU69 的表面情況與冥王星完全一樣。分析數據總共需要大概 20 個月的時間,但時候已經到了,這對我們來說將是一次十分難得的研究機會。」


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