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新视野号成功飞掠“天涯海角”:人类最遥远飞掠探测

2019-1-1 18:29| 来源: 新浪科技 | 查看: 3440| 责编: 潜艇4809

摘要:   北京时间13:33,新视野号已经飞掠了“天涯海角”,数据传输将随后开始,明天就应该可以看到拍摄的图像。
  北京时间13:33,新视野号已经飞掠了“天涯海角”,数据传输将随后开始,明天就应该可以看到拍摄的图像。这是人类探测史上最遥远的一次星际“邂逅”。也称人类迄今为止探索的最遥远天体。此时,“天涯海角”距太阳大约65亿公里,比冥王星还远约16亿公里,从“新视野”号传回的信号需6个多小时才能抵达地球。

新视野号全程轨迹
  位于美国马里兰州约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)的地面控制中心在1日上午给64亿公里之外的“新视野号”探测器发送了最后一批指令,这艘飞船随即在北京时间今天下午13:33左右对一颗名为“天涯海角”(Ultima Thule)的柯伊伯带小天体进行飞掠探测,这是人类探测器飞掠的最遥远天体。

新视野号飞船在抵达目标之前传回的最后一批图像,可以大致看出“天涯海角”星似乎并非圆球形
  这颗小天体不但很小,其距离更是从它的命名上就可见一斑,极为遥远,即便目前我们用最好的观测设备也无法观测它的很多基本参数。我们大概估测其直径在30公里左右。
  此次上传的最后一组指令中包括一段仅2秒的时间值修正,目的是确保“新视野号”明确地知晓何时,在何地该打开并对准其相机设备进行拍摄。要知道,当今天下午“新视野号”探测器飞越“天涯海角”星时,其速度将高达每秒14公里,可谓惊心动魄。新视野号探测器项目任务控制主管爱丽丝·鲍曼(Alice Bowman)表示:“目前探测器健康状态良好,大家都非常兴奋!”

2006年从地球出发,2019年元旦抵达,新视野号飞行了几乎13年之久
  按照计划,“新视野号”飞掠“天涯海角”时,距离这颗小天体的表面大约3500公里,距离最近时应该是在格林尼治时间今天05:33,即北京时间13:33。
  按照程序设定,“新视野号”应该会在最关键的几个小时里获取大量图像和其他探测数据,总数据量可以达到几个G。
  柯伊伯带是一个位于太阳系海王星轨道外侧的冰冻小天体带,而“天涯海角”星就是其中一颗这样的小天体,其距离远远超过“新视野号”在2015年访问过的冥王星,要知道,在飞越冥王星之后,“新视野号”探测器又继续飞行了3年多了!
  科学家们认为,在柯伊伯带,除了“天涯海角”星之外,还存在着至少数以十万计的类似小天体,这些小天体自从诞生以来就一直安安静静运行在太阳系边缘的幽暗之中,几乎没有大的变化,因此它们就像是太阳系里冰冻的“时间胶囊”,将帮助我们一窥46亿年前太阳系初生时的模样。
  
项目首席科学家阿兰·斯特恩这两天肯定很忙。这是他发的一条推特:说最后一次导航会议结束,已经锁定目标
  用“新视野号”项目科学家海尔·韦弗(Hal Weaver)的话说,这颗小小的冰冻天体将成为人类探测器造访过的最原始的星球,它是太阳系的化石。
事实上,“新视野号”早已开始工作。它的相机已经拍摄很多“天涯海角”星的图像。当然,由于距离尚远,这些图像中的“天涯海角星”大多只是呈现为一个小亮点而已,但这些信息对于项目组修正导航模型,帮助引导飞船准确飞抵目的地却格外有价值。
  并且,在此过程中也并非完全没有科学收获,仅举一例:项目组注意到,随着“天涯海角星”自转,其表面反射的光线亮度变化幅度要远小于预期。要知道科学家们认为这颗小天体并非圆球形,那么按照常理,随着其自转,其反光面大小会变化,亮度应出现较大幅度改变,但实际上,变化并不太明显。
  对此,科学家们提出了几种解释:一种认为这可能就是观察视角的问题;另一种解释则认为“天涯海角星”可能并非单一一个天体,而是两个甚至更多个小天体相互绕转的多天体系统组合体。答案究竟是什么?今天下午就将揭晓。
为何选择“天涯海角星”?
  美国宇航局决定探测一颗比冥王星更加遥远的天体的做法是符合逻辑的。但有一点是令人印象深刻的:这颗小天体首次被人类发现只是在4年前而已,当时科学家们正在使用哈勃望远镜搜寻适合作为“新视野号”下一个探测目标的遥远天体。
  这颗小天体最初的编号是(486958) 2014 MU69,而在经过公众意见征集之后,这颗小天体得到了一个非正式名称“天涯海角”(Ultima Thule)。这是拉丁文,意思是“已知世界之外的地方”。

“天涯海角”到底是什么外观?或许这些模型都有可能,但或许也都不对,但答案即将揭晓
  和许多类似大小的柯伊伯带天体一样,科学家们认为这颗小天体的主要成分应该是水冰,尘埃和少量岩石,它们在太阳系形成初期就已经在那里,延续至今。相关理论认为,这类天体的外观很多会呈现长条状或者两瓣状,就像一颗土豆或花生。
  使用望远镜进行的观测显示这颗小天体的表面非常黑,还略略带有红色。科学家们认为,这样的黑色(反射率低于10%)可能源于数十亿年来强烈的宇宙射线辐射。
  但不管如何,我们对这颗遥远的小天体目前还是知之甚少。而新视野号的飞越将首次准确测定其外观,自转,组成成分和地表环境特征。
此次飞掠,哪些值得期待?
  不要眨眼!所有事情都将在千钧一发之间发生!和2015年7月飞掠冥王星时不同,这一次不会有逐渐接近,画面逐渐清晰的系列照片。“天涯海角”太小了,在“新视野号”拍摄的图像中,它将一直是一个亮点而已,直到最后几小时内,突然变成一个真正切切的外星世界。
  不过,相比2015年飞越冥王星时,“新视野号”飞船与冥王星地表之间的最近距离大约1.25万公里,而此次飞掠,“新视野号”与“天涯海角星”之间的最近距离将只有3500公里左右,这就意味着最终我们拍摄到的图像分辨率将非常高。测算显示,这颗星球地表上直径超过33米的物体理论上都将可以被拍摄到。
  由于“新视野号”必须转动自身以将相机对准拍摄对象,它在飞掠并采集数据的同时做不到将天线同时对准地球。这一点在2015年飞掠冥王星时也是一样的情况。
  因此,在采集数据的同时,太阳系边缘黑暗中飞行的“新视野号”对于地球来说是沉默的。地球上的控制人员们必须耐心等待,在它采集完数据之后调转天线,开始回传存储的数据。
  按照程序,格林尼治时间1月1日15:28,即北京时间23:28,新视野号的回传数据将陆续开始抵达地球。
此次飞掠的难度如何?
  从某种程度上说,这次飞掠的难度要超过2015年对冥王星的那次飞掠。
  首先,这颗天体要比冥王星小几百倍,因此为何获取更好的图像,探测器必须飞的更近,而相机的指向也必须非常精准,因为目标很小,如果指向偏差,发回的图像就有可能是空白的,什么都没拍到。

2015年7月,新视野号探测器飞掠冥王星
  这的确是项目组团队非常担忧的问题。因为“天涯海角”是在4年前才被首次发现的,因此它的位置和在夜空中运动的轨迹测算精度远不如冥王星那么详细精准。
  另外请记住,所有这些动作都是在距离地球64亿公里之外的深空之中发生的,在这样的距离上,从地球上发出的指令以光速传播,将需要6小时8分钟才能抵达新视野号,而反过来,新视野号上的数据回传,在发出后,也要这么久,地球上的天线才能开始接收到,而且传输的速率将非常低——大约每秒1000比特,还不到1kb。
  在这样的龟速下,按照估算,要把此次飞掠过程中采集的数据全部传输完成,将要等到2020年9月份——真是够久的!
新视野号是什么样的探测器?
  “新视野号”从一开始就是一艘冥王星飞船,这在当时是太阳系中最遥远的大行星。因此,要想尽快抵达目标开始探测任务,“新视野号”必须飞的足够快。

  怎么做?很简单,“用最大的火箭发射最小的飞船”——2006年发射升空时使用的宇宙神V551型火箭,这是当时美国政府能够提供的最强大的火箭型号之一。但它发射的,却是地地道道的一艘小飞船,“新视野号”的大小和一台家用钢琴差不多,高度0.7米,长度2.1米,最宽处2.7米。在飞船头顶上安装有一台直径2.1米的大天线。即便满载燃料发射时,其整体重量大约仅有478公斤左右,其中包括大约77公斤的燃料和30公斤的各类科学仪器。
  飞船使用“核能”——一台190W功率的同位素热差发电机来为所有设备提供电力,因为太阳系边缘太暗,无法使用太阳能帆板发电。

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