新地平線，飛向遠(yuǎn)方

■高鵬

美國(guó)航空航天局的“新地平線”號(hào)是目前正在飛往矮行星冥王星途中的一艘無人探測(cè)飛船?！靶碌仄骄€”號(hào)有望成為第一個(gè)飛越冥王星及其衛(wèi)星（冥衛(wèi)一卡戎、冥衛(wèi)二尼克斯、冥衛(wèi)三許德拉及編號(hào)為S/2011 P 1的冥衛(wèi)四），并對(duì)它們展開研究的飛船。預(yù)計(jì)其到達(dá)“冥王星——卡戎系統(tǒng)”的時(shí)間是2015年7月14日。之后如果在柯伊伯帶中能找到一個(gè)合適的天體話，那么美國(guó)航空航天局還可能讓“新地平線”號(hào)嘗試飛越其中的一個(gè)或者多個(gè)柯伊伯帶天體。

“新地平線”號(hào)發(fā)射于2006年1月19日，在其最后一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉后，它以相對(duì)于地球約16.26千米/秒的速度直接進(jìn)入“地球——太陽系雙重逃逸”軌道。因此，“新地平線”號(hào)將以有史以來一個(gè)人造物體所能達(dá)到的最快發(fā)射速度離開地球?！靶碌仄骄€”號(hào)已于2006年4月7日飛越了火星軌道，2007年2月28日飛越了木星軌道，2008年6月8日飛越了土星軌道，2011年3月18日飛越了天王星軌道。

而在2012年2月12日，“新地平線”號(hào)以15.41千米/秒（或者說以大約3.249個(gè)天文單位/年）的速度，在距離太陽21.99個(gè)天文單位，而距離地球22.97個(gè)天文單位的地方剛剛飛越了天王星軌道。此時(shí)“新地平線”號(hào)的偏角為-21.44°，赤經(jīng)為18.483H。它的距離是如此之遠(yuǎn)，即使是光也需要大約3.03小時(shí)才能從地球到達(dá)“新地平線”號(hào)，這就意味著無線電信號(hào)往返一次大約需要用時(shí)6.06小時(shí)。

“新地平線”號(hào)的發(fā)射屬于美國(guó)航空航天局“新前沿任務(wù)”范圍內(nèi)的首次發(fā)射，“新前沿任務(wù)”比“發(fā)現(xiàn)者號(hào)任務(wù)”規(guī)模更大、花費(fèi)更多，但其規(guī)模比“旗艦計(jì)劃”要小。“新前沿任務(wù)”為期15年（2001年—2016年），其經(jīng)費(fèi)（包括飛船及其儀器開發(fā)、運(yùn)載火箭、任務(wù)操作、數(shù)據(jù)分析以及所延伸的培訓(xùn)/公共開支）大約6.5億美元。先前計(jì)劃中的“冥王星任務(wù)”——“冥王星—柯伊伯帶快車”——因預(yù)算原因于2000年被美國(guó)航空航天局取消。更多相關(guān)信息及其歷史背景概覽大家可在IEEE（即美國(guó)“電氣與電子工程師協(xié)會(huì)”）網(wǎng)站中找到，它能讓你了解更深層次的背景及細(xì)節(jié)，同時(shí)該網(wǎng)站還有關(guān)于“飛越木星”的更多細(xì)節(jié)。

發(fā)射臺(tái)上的“新地平線號(hào)”

“新地平線”號(hào)主要由西南研究所（SwRI）及約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（APL）建造。該任務(wù)的負(fù)責(zé)人是艾倫·斯特恩?！靶碌仄骄€”號(hào)在與運(yùn)載火箭分離之后的總體控制，由位于應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的主運(yùn)行中心進(jìn)行操作。其所攜帶的科學(xué)儀器由位于美國(guó)科羅拉多州博德鎮(zhèn)的“克萊德·湯博科學(xué)操作中心”（T-SOC）進(jìn)行操作。對(duì)“新地平線”號(hào)的導(dǎo)航當(dāng)然不是實(shí)時(shí)的，是在各承包商的設(shè)備上進(jìn)行操作的。KinetX公司是“新地平線”號(hào)導(dǎo)航團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者，負(fù)責(zé)計(jì)劃中“新地平線”號(hào)飛向外太陽系時(shí)的軌道調(diào)整。

原計(jì)劃“新地平線”號(hào)要進(jìn)行的是一次飛向太陽系中唯一未曾被探索過的行星的星際之旅。因?yàn)樵凇靶碌仄骄€”號(hào)發(fā)射時(shí)，冥王星還被看做是一顆行星，后來被國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)（IAU）重新歸為矮行星一類。但“新地平線”號(hào)團(tuán)隊(duì)的一些成員，包括艾倫·斯特恩，并不贊同國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)的定義，仍將冥王星描述為太陽第的第九大行星。新發(fā)現(xiàn)的冥王星衛(wèi)星——尼克斯（冥衛(wèi)二）和許德拉（冥衛(wèi)三）——與“新地平線”號(hào)也有關(guān)系：它們各自名字的首字母N（尼克斯Nix）和H（許德拉Hydra），正是“新地平線”號(hào)（NewHorizons）的首字母。資料顯示，冥衛(wèi)二與冥衛(wèi)三均是“新地平線”號(hào)發(fā)現(xiàn)，并用其首字母命名的。這也是除了神話傳說中普路托（冥王星英文名Pluto的音譯，意為冥王、陰間之神）與尼克斯（冥衛(wèi)二英文名Nix的音譯，意為水中女妖，一半像人，一半像魚，住在美麗的水晶宮里，對(duì)人很不友善）和許德拉（冥衛(wèi)三英文名Hydra的音譯，意為守衛(wèi)地獄的九頭蛇）的關(guān)系之外，這些衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)者給它們選擇名字的原因（即用“新地平線”號(hào)的首字母為其新發(fā)現(xiàn)的冥王星衛(wèi)星命名）。

除了科學(xué)儀器之外，“新地平線”號(hào)這趟還帶了幾件“文化產(chǎn)品”。其中包括一部?jī)?chǔ)存于CD光盤上的記錄有434738個(gè)人名的名字大全，一個(gè)美國(guó)縮尺復(fù)合體公司的“太空船1”號(hào)（模型），還有一面美國(guó)國(guó)旗及其他紀(jì)念品?！疤沾?”號(hào)是私人資助并研發(fā)成功的第一艘空天飛機(jī)，由魯坦以及美國(guó)縮尺復(fù)合體公司制造，資助者是美國(guó)微軟公司創(chuàng)辦人之一保羅·艾倫?！靶碌仄骄€”號(hào)減掉的重量中有一個(gè)佛羅里達(dá)州的25美分硬幣。佛羅里達(dá)州25美分硬幣，于2004年3月9日發(fā)行，在美國(guó)各州硬幣系列中列第27個(gè)，為集幣愛好者所推崇，上面鑄有紀(jì)念美國(guó)航空航天的內(nèi)容，原計(jì)劃由“新地平線”號(hào)攜帶升空，最終因?yàn)榻o“新地平線”號(hào)減重而被取消。

為了紀(jì)念冥王星的發(fā)現(xiàn)，“新地平線”號(hào)還帶上了一盎司（28.35克）冥王星發(fā)現(xiàn)者克萊德·湯博的骨灰，而在各種科學(xué)儀器中有一個(gè)（塵埃計(jì)數(shù)器）以維妮夏·伯尼的名字命名，在冥王星被發(fā)現(xiàn)之后正是這個(gè)孩子建議將其命名為“冥王星”（維妮夏·伯尼：“冥王星”命名的建議者，英國(guó)女孩，時(shí)年11歲）。

木星觀測(cè)

此次“新地平線”號(hào)飛越（木星），將進(jìn)入距離木星32個(gè)木星半徑（3兆米）之內(nèi)，這是為期4個(gè)月的密集觀測(cè)活動(dòng)的重中之重。木星是一個(gè)很有趣的、千變?nèi)f化的星球，自“伽利略計(jì)劃”結(jié)束以后，我們只能斷斷續(xù)續(xù)地對(duì)木星進(jìn)行觀測(cè)?！百だ浴碧?hào)木星探測(cè)器是美國(guó)航空航天局第一個(gè)直接專用探測(cè)木星的航天器，1989年10月18日，由“阿特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)送入軌道?！靶碌仄骄€”號(hào)還擁有利用最新科技制造的各種儀器，特別是在照相、攝像方面的儀器。它們要遠(yuǎn)比“伽利略”號(hào)上的相機(jī)先進(jìn)的多，是“旅行者”號(hào)行星際探測(cè)器上相機(jī)的升級(jí)版，而“旅行者”號(hào)行星際探測(cè)器上的相機(jī)則是“水手”號(hào)行星際探測(cè)器上相機(jī)的升級(jí)版。此次與木星的遭遇也被看做是一次與冥王星遭遇的“試水”與“帶妝彩排”。因?yàn)槟拘堑降厍虻木嚯x非常短，通信鏈接可以傳送緩沖存儲(chǔ)器中的多種數(shù)據(jù)。因此實(shí)際上這次任務(wù)從木星系統(tǒng)傳送回來的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)要比從冥王星那里傳送回來的數(shù)據(jù)要多。對(duì)木星的圖像采集始于2006年9月4日，我們只采集了為數(shù)不多的幾幅木星圖像。

此次遭遇的目標(biāo)主要包括木星大氣層研究，而該項(xiàng)目正是在“伽利略”號(hào)觀測(cè)項(xiàng)目中被大幅削減的項(xiàng)目，以及對(duì)木星電磁層磁尾的粒子進(jìn)行讀數(shù)。巧合的是以“新地平線”號(hào)的軌道，它將沿著木星磁尾飛行好幾個(gè)月?！靶碌仄骄€”號(hào)已對(duì)木星背陰面的極光和閃電進(jìn)行了觀測(cè)。

“新地平線”號(hào)給著名的“卵斑BA”來了個(gè)第一張近距離特寫，在“卡西尼”號(hào)的飛越的時(shí)候，它還是一個(gè)白色的斑點(diǎn)。

木星的衛(wèi)星

木星的主要衛(wèi)星（“伽利略”號(hào)發(fā)現(xiàn)的4顆木星衛(wèi)星，又稱“伽利略衛(wèi)星”）所處的位置都很不好。因?yàn)椤靶碌仄骄€”號(hào)著力于借力飛行，就意味著“新地平線”號(hào)是在距離任何一顆“伽俐略衛(wèi)星”都有數(shù)百萬千米之外的地方飛過去。然而，“新地平線”號(hào)上的儀器是專門用來對(duì)微小、昏暗的目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)的，因此，從科學(xué)的角度來說，這些儀器對(duì)那些雖然遙遠(yuǎn)，但較大的衛(wèi)星還是很有用的。遠(yuǎn)程勘測(cè)成像儀搜尋了木衛(wèi)一艾奧上的火山和流束。成像光譜陣列的紅外探測(cè)功能探測(cè)了各種化學(xué)組成包括木衛(wèi)二歐羅巴，木衛(wèi)二的冰摻雜物，以及背陰面的溫度（包括艾奧上的“熱點(diǎn)”。“愛麗絲”紫外線分辨儀探測(cè)了極光和大氣層，包括環(huán)繞艾奧的等離子環(huán)。愛麗絲是“新地平線”號(hào)上的紫外線分辨儀的名字。小衛(wèi)星，如木衛(wèi)五阿馬爾塞，都沿著它們精確的軌道運(yùn)行著。攝像機(jī)利用“反相光學(xué)導(dǎo)航”的方法來確定他們的位置。

到達(dá)冥王星

從“新地平線”號(hào)傳來第一組冥王星圖片是在2006年9月21—24日之間，在一次調(diào)試遠(yuǎn)程勘測(cè)成像儀時(shí)拍攝到的。這組圖像，拍攝自距冥王星大約42億千米的距離，此舉肯定了“新地平線”號(hào)跟蹤深空目標(biāo)的能力，這對(duì)其探測(cè)冥王星和柯伊伯帶天體十分關(guān)鍵。

“新地平線”號(hào)將在2015年飛入距冥王星10000千米距離以內(nèi)。屆時(shí)，“新地平線”號(hào)將以為13.78千米/秒的相對(duì)速度與冥王星來一次最親密的接觸，而且與冥衛(wèi)一卡戎則近到只有27000千米，當(dāng)然這些參數(shù)飛行期間也可能會(huì)改變。