历时九年,新视野号踏入宇宙神秘地带:冥王星,我们来了

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今天,2015年7月14日,美国宇航局(NASA)的新视野号(New Horizons)探测器终于到达了冥王星。新视野号在茫茫太空中跋涉了整整9年半,飞越了50亿千米的路程,来到了距冥王星13000千米的地方,踏入不为人知的神秘地带,即将为我们揭开冥王星的神秘面纱。 终于要看到冥王星的真面目了!

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6月15日,虽然新视野号拍摄到的冥王星图像还不是那么清晰,但却可以明显看到表面的明暗。随着它越来越靠近冥王星,图像也会迅速变得越来越清晰。

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新视野号拍摄到的冥王星图像

上图为新视野号探测器用远程勘测成像仪(LORRI)拍摄到的冥王星的样子。明亮部分与黑暗部分的区别已经非常明显。冥王星的自转周期大约是6.4天(地球日),随着它的自转,我们能看到的地方也有所变化。由于新视野号与冥王星之间的距离还很远,所以还无法拍摄到清晰的图像。这些图像是每间隔一定的时间拍摄的很多图像合成的(合成时使明亮部分的分布基本一致)。因为有了合成处理,所以冥王星的形状看上去并不是球形,但实际上冥王星是球形的。在最接近冥王星的位置,应该能够拍摄到特别清晰的图像。

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通过哈勃望远镜观测到的冥王星

上图是用哈勃望远镜拍摄到的冥王星表面的伪彩色图像。它跟上面新视野号拍摄的图像一样,也是拍摄了很多幅,在保持纹理一致的情况下合成的。各个图像左上方的数字表示中心经度的数值。即使是用高性能的哈勃望远镜拍摄大量图像,并利用高超的图像处理技术合成,要想得到这样效果的一组图像也非易事。这些图像对于研究高速通过冥王星的新视野号探测器到底该重点观测冥王星的哪些区域也有重要的参考价值。

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冥王星和卫星卡戎

上图是新视野号拍到的图像。分别是冥王星(右下)和它的卫星卡戎(左上)。拍摄于2015年5月30日,距离冥王星约5300万千米的地方。可以看出冥王星和它的卡戎表面的颜色略有不同。

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卡戎以外的卫星们

上图是新视野号拍到的照片。从中可以看到,卫星们绕着冥王星在旋转。除了卡戎之外,冥王星的卫星还有冥卫五斯提克斯(Styx,绿色的轨道)、冥卫二尼克斯(Nix,黄色的轨道)、冥卫四科波若斯(Kerberos,橙色的轨道)和冥卫三许德拉(Hydra,红色的轨道)等。可以看出在这些卫星之中,只有冥卫四科波若斯比较特殊,颜色发暗(发黑)。这些卫星的不同是如何产生的,我们或许可以从中获得一些信息。

谁发现了冥王星?

早在19世纪40年代,法国天文学家奥本-勒维耶(Urbain Le Verrier)就运用牛顿定律,通过观测天王星轨道的扰动,预测出了海王星的存在。这一预测被柏林天文台的观测所证实。之后,人们发现,除海王星之外,应该还存在第二颗行星在扰动着天王星的运行。

19世纪末,美国有一个非常有钱的大土豪叫珀西瓦尔-洛厄尔(Percival Lowell)。他很喜欢天文学,在亚利桑那州为自己修建了一座洛厄尔天文台。他唯一的爱好就是趴在望远镜上看星星。他坚信自己在火星上看到了智慧生命修建的运河(他写的书后来启发了《火星公主》、《世界大战》等科幻作品),他还认为自己看到了金星表面的细节,实际上他看到的只是自己视网膜上的血管。

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珀西瓦尔-洛厄尔

1894年,他开始尝试观测“第九大行星”——所谓的“X行星”。1915年3月15日,他拍下了两张包含冥王星的照片,但由于照片太过黯淡模糊,他完全蒙在鼓里。直到1916年,洛厄尔去世,他都认为自己一无所获。

土豪去世后,最喜闻乐见的事情就是争财产了。洛厄尔的遗孀康斯坦丝和天文台为巨额财产争斗不休,让X行星的搜寻工作一度停滞。直到1929年,这项工作被交到一个23岁的年轻人克莱德-汤博(Clyde Tombaugh)手中。汤博并没有上过大学,因为在他16岁时,一场雷暴摧毁了家里的庄稼,只好辍学在家自学。他对天文非常感兴趣,自学了很多知识,还自制了天文望远镜。他向洛厄尔天文台寄去了自己画的木星和火星,于是在1929年得到了这份珍贵的工作。

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年轻的克莱德-汤博和自制的天文望远镜

一年后,1930年2月18日,汤博在比对1月23日和29日的两张图片时,发现一个亮点移动了位置——这就是冥王星!

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发现冥王星的两张照片

汤博去世于1997年。他的30克骨灰被装在一个小盒子里,跟随新视野号来到了冥王星,这里是这位英雄理应安息之所。小盒子上篆刻着:

“这里装着美国人克莱德-W-汤博的骨灰,他是冥王星和太阳系‘第三区’的发现者,阿黛尔和米龙的儿子,帕特丽霞的丈夫,安妮特和奥尔登的父亲,天文学家,老师,爱开玩笑的人,和友善的朋友——克莱德-W-汤博(1906~1997)。”

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新视野号上的汤博骨灰盒

冥王星的名字是谁起的?

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就是这位11岁的小姑娘,维尼西亚?伯尼(Venetia Burney),给冥王星起了名字。她当时是牛津大学图书馆管理员的孙女。她为何能为冥王星起名字呢?

原来,在发现冥王星的消息席卷全球后,起名的权力自然落到了洛厄尔天文台的手里。他们收到了来自全球的1000多个建议,五花八门,应有尽有。洛厄尔的遗孀康斯坦丝推荐的名字是“宙斯”,后来改成“珀西瓦尔”,后来又改成了她自己的名字“康斯坦丝”。万幸,没有用这些名字。

1930年3月14日早上,英国牛津大学博德利图书馆员福尔克纳?马登(Falconer Madan)和孙女伯尼正在吃早餐。他一边吃一边读《泰晤士报》,正好读到了发现新行星的消息,文章提到它还没有名字,于是催促伯尼想一个名字。11岁的伯尼对古代神话很感兴趣,一下子想到了罗马神话的冥神——普鲁托(Pluto)。马登非常喜欢这个名字,立刻向他的好友、牛津大学的天文学教授豪尔-特纳(Hall Turner)提出建议。特纳立刻向远在美国的洛厄尔天文台发去了电报。

洛厄尔天文台也很喜欢这个名字,不仅因为它是罗马神话中一个还未使用的名字,还因为它的前两个字母“P”和“L”正好是珀西瓦尔-洛厄尔的首字母,很有纪念意义。

5月1日,Pluto这个名字被正式启用。11岁的伯尼从祖父那里得到了5英镑的奖励。2004年,新视野号发射时,上面有一个科罗拉多大学的学生们制作的测尘计,以她命名为“维尼西亚?伯尼学生测尘计”。

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维尼西亚-伯尼学生测尘计。图/NASA/JHUAPL/SWRI

新视野号的行程

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上图描绘了新视野号探测器发射升空之后的行程。它于2006年1月19日发射升空,之后仅9个小时就横穿月球轨道,又很快在次年的2月28日到达木星,在木星成功实现了引力弹弓效应(绕行星变轨),还对木星和木星的卫星进行了观测。后来,为了延长寿命,探测器还进行了数次休眠和重启。此时,冥王星位于近日点稍过一点的位置。为什么新视野号在这个位置靠近冥王星呢?第一是因为距离比较近,容易到达。第二是因为距离太阳比较近时,冥王星表面的物质蒸发(或升华)后,大气增多,很容易进行观测。

史上最快的发射速度:与地球相同

新视野号发射的速度号称史上最快——大约每秒16千米,相对于地球的速度。这是为何呢?

原来,冥王星距离很远,要求探测器的发射速度很快。探测器发射升空后,凭借自己的力量几乎无法继续向外加速飞行。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。宇宙空间环境残酷,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它尽快到达目标。此外,探测器飞向的宇宙空间如果远于木星,就无法通过太阳能发电获得电能。距离太阳太远,发电量就不够了。所以新视野号探测器上搭载的是“核能电池”,利用放射性元素衰变产生的热量进行发电。而核能电池寿命有限,所以,用时越短越好。

因此,新视野号是以史上最快的速度发射升空的。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),发射时还使用了第一级“宇宙神5号”(Atlas V)火箭,上面安装了5个辅助推进装置,这也是史上最多的。

只看它一眼,就能弄清很多问题

新视野号探测器上搭载了7种观测设备。LORRI(远程勘测成像仪),用的是口径为20.8厘米的望远镜,就算在很远的地方也能够拍摄到可见光;Ralph(可见-红外成像光谱仪),利用红外线和可见光成像,以此来测量天体表面的组成和温度,弄清楚地质和地形;Alice(紫外成像光谱仪),用来调查大气量和大气组成……我们期待用这仅有的7种观测设备探明各种问题。

首先,我们想知道,冥王星及其卫星,还有其他的柯伊伯带天体都是什么样子的。此外,如果能看到天体的表面,还能推测出它诞生以来经历过何种演化历程。

一般认为,冥王星和八大行星一样,都是先由尘埃一样的小微粒聚集成10千米左右的微行星,然后无数的微行星再经过反复碰撞、结合成长起来为行星。随着冥王星的成长,在碰撞产生的能量等作用下,内部逐渐熔化,中心会聚集较重的物质。

就地球来说,尘埃的主要成分是岩石和金属,所以地球的中心部分是金属,周围是岩石层。而冥王星诞生于距离太阳很远的地方,所以它的“尘埃”主要由冰和岩石组成。有人认为,冥王星经历过大规模天体碰撞,所以很可能内部熔化成一团。因此,推测冥王星的中心部分是岩石,周围是冰层。

中心的岩石中应该含有微量的放射性元素,这些放射性元素衰变时会放热。所以,在很久以前,冥王星的冰层下部融化后变为液体(地下海)。随着放射性元素的衰变,产生的热量越来越少。因此,地下海可能慢慢结冰。水变成冰后体积会增大。所以,冥王星在变冷的过程中很有可能发生了膨胀。因此推测冥王星的表面有大规模的龟裂。如果新视野号在冥王星的表面发现了龟裂,那就是这种过程的证据。

另外,还有研究者认为冥王星现在可能还保存着液态的地下海洋。如果真是如此,新视野号或许能拍到水(或冰)的间歇泉从龟裂中喷涌而出的样子。

冥王星的真面目到底是否与预想的一致?还是会呈现出完全意料之外的惊人面孔?在50亿千米外的遥远太空中,新视野号如同它的名字一样,正在为我们开辟一片“新视野”!

本文来源:cnbeta

分类: 乱七八糟 标签: 2,796次阅读
  1. | #1

    初中是对天文之类的挺刚兴趣的

  2. | #2

    这是你原创的吗博主??

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