美國的“新邊疆”計劃

張唯誠

太陽系是從一團叫作星云的彌漫物質中演變而成的。其中太陽消耗了這片星云中99.8%的物質，而剩下的物質則以氣體和塵埃的形式環繞太陽組成了一個稀薄的盤，盤中的物質在萬有引力的作用下各自聚集成了行星、衛星、小行星和彗星?？茖W家推測，在盤的內側，太陽使物質變得非常熱，只有熔點高的金屬和硅酸鹽能在那樣的地方存在并漸漸聚集成固體的行星，即水星、金星、地球和火星，這些行星的位置決定了它們的個頭不可能很大；在盤的外側，太陽的熱力不足以“吹散”附著在星體上的氣體分子，因此，那里的行星可以“長”得很大，木星、土星、天王星和海王星都是如此。在火星和木星之間以及海王星軌道之外，還存在著大量小天體，它們是未能形成大行星的殘留物，分別被稱為小行星帶和柯伊伯帶天體。

2003年，美國航空航天局提出了探索太陽系的“新邊疆”計劃，其中的兩個項目是探索木星和冥王星，第三個項目就是發射小行星探測器“奧西里斯-Rex”，探索近地小行星1999RQ36。

╱飛往柯伊伯帶的“新地平

線”號

在太陽系外緣，飄浮著很多遺留物，冥王星就是其中一個較大的個體。冥王星及其附近的柯伊伯帶天體是“新邊疆”計劃的探索目標。

冥王星發現于1930年，在很長一段時間里，人們都認為冥王星是太陽系的第九大行星。開始的時候，人們以為它的直徑有6000千米至10000千米，后來經反復觀測驗證，才明白它的直徑只有2300千米，比月球還小，而且它由冰和巖石組成，又在一個偏心率很高的公轉軌道上運行。這些特點很像一顆彗星或者小行星。接下來，人們又在海王星軌道之外發現了越來越多和冥王星相似的天體。2005年，人們發現了鬩神星，它的直徑為2400千米，比冥王星更大。次年8月24日，國際天文學會通過投票做出決定，宣布冥王星不再是一顆大行星，而是一顆“矮行星”，即具有與行星相同的品質，呈圓球形，但不能清除自身軌道附近的其他物體的行星。

此時，一艘冥王星探測器已在太陽系中飛行了7個多月，它就是2006年1月19日發射的“新地平線”號。

發射“新地平線”號探測冥王星是“新邊疆”計劃的項目之一。在冥王星軌道附近，有一個分布著大量冰狀天體的地帶，它的外邊緣延伸到距太陽50個天文單位的地方，這就是柯伊伯帶。柯伊伯帶是太陽系中一個巨大的謎，研究柯伊伯帶天體是“新地平線”號此行的一項重要任務。

冥王星被發現后，人們陸續在冥王星周圍發現了衛星。冥衛一被發現于1978年，它很小，但作為一顆衛星，又大得和冥王星不成比例。冥王星的直徑為2300千米，而冥衛一的直徑達到了1200千米，它們的運行方式更像是一對繞著對方運行的雙星。2005年5月至2013年7月，哈勃空間望遠鏡又陸續發現了冥王星的其他4顆衛星，它們都比冥衛一小得多。冥王星有一層稀薄的大氣，其主要成分為氮、甲烷和一氧化碳。

冥王星和它所在的柯伊伯帶是太陽系的處女地，人類的航天器還從來沒有近距離探測過它們，但“新地平線”號即將改變歷史。它將近距離飛越冥王星，并考察冥衛一和冥王星的其他衛星，然后徑直進入柯伊伯帶，考察一兩個柯伊伯帶天體。從出發到抵達目的地，它的行程長達48億千米，耗時9年。現在，“新地平線”號剛剛越過海王星軌道，將于2015年7月抵達冥王星，2016年開始考察柯伊伯帶天體。

╱“朱諾”的使命

木星是一顆典型的氣體巨行星?！跋闰屨?0”號、“先驅者11”號、“旅行者1”號和“旅行者2”號都對木星和它的衛星進行了考察?！奥眯姓?”號還發現了木星環。

1989年10月18日，“亞特蘭蒂斯”號航天飛機將專門用于探測木星的行星探測器“伽利略”號送入太空?！百だ浴碧栍绍壍榔骱妥犹綔y器兩部分組成，于1995年抵達木星。1995年7月13日，“伽利略”號釋放了子探測器，以探測木星的大氣層。

木星有濃密的大氣層，主要成分是氫、氦、氨、甲烷和水汽等。大氣層下面是木星的主體，由氫和氦組成，那是一個在巨大的大氣壓力和低溫下形成的液化氫海。人們推測，氫海之下可能有一個固體的內核。

“伽利略”號共飛行了46億千米，向地球傳回了14000張圖片。它的繼承者是新的木星探測器“朱諾”。“朱諾”有三塊巨大的太陽能電池板，每塊的長度接近10米，這使它看上去像一個巨大的“太空風車”，也使它能夠只依靠太陽能就可以在太陽系中飛行32億千米。木星離太陽約8億千米，在那里，“朱諾”能得到的陽光僅為地球附近的1/25，所以它的太陽能電池板必須是高效的，所有的儀器也必須高度節能。除此之外，“朱諾”還要承受來自木星輻射帶的強烈輻射，這也是一個嚴峻的考驗。

啟程于2011年8月的“朱諾”將在太空中飛行5年，行程超過7億千米。如果一切順利，“朱諾”將在2016年8月抵達木星。此后，“朱諾”將環繞木星飛行至少32圈，在木星軌道上對這顆氣體巨行星的形成、進化和結構進行廣泛的研究。預計2017年10月，“朱諾”將完成使命，墜向木星。

╱飛向小行星帶的“奧西里斯-Rex”

“奧西里斯-Rex”預計于2016年秋季啟程，2019年靠近近地小行星1999RQ36。這時，它要進入一個距1999RQ36不足5000米的軌道，并為這顆小行星拍照。接下來，“奧西里斯-Rex”要根據了解到的小行星的地表情況，盡可能地接近它選定的地面，然后伸出機械臂在小行星上抓取一塊表面土壤。大約在2023年，它將把這塊土壤帶回地球。

1999RQ36的直徑約550米，其軌道與地球軌道相交，很容易撞上地球。當一顆小行星距離地球不足750萬千米時，它就被認為太靠近地球了。在2135年，1999RQ36與地球最近時距離將不足30萬千米。不過，這并不是“奧西里斯-Rex”的研究重點。

小行星表面的風化層像毯子一樣覆蓋在小行星上。當陽光照到風化層上時，風化層會吸收陽光中的能量，再將這些能量以熱的形式釋放到太空中。這個過程會對小行星產生一些推力。這種推力雖然微小，但長期作用在小行星上，就足以改變小行星的旋轉狀態并使小行星偏離軌道。

“奧西里斯-Rex”希望通過對1999RQ36上表面物質的研究，了解小行星的組成和來源，從而探索太陽系起源之謎。