走近冥王星的“新地平線”

經(jīng)過約9年的長途跋涉，美國研制的世界第一個冥王星探測器“新地平線”（New Horizons, 又譯“新視野”），于2015年1月15日開始探測位于太陽系邊緣的冥王星及其衛(wèi)星附近,觸手探及太陽系最后一塊未開墾的處女地，打開人類的新視野。目前，該探測器已飛行了約4.8×109km，距冥王星的路程僅剩2.2×108km。冥王星與地球的最近距離也有4.7×109km，最遠100多億千米,因此至今還沒有一個空間探測器探測過它。探測完冥王星及其衛(wèi)星后,它將飛向柯伊伯帶（Kuiper Belt），去尋找關于太陽系起源和地球生命起源的線索。

1 從休眠中被喚醒

2014年12月7日，美國“新地平線”從休眠中被喚醒，以準備執(zhí)行探測冥王星任務。此時，它距離冥王星約有2.6×108km，但距離地球已超過4.66×109km，這意味著該探測器發(fā)送的信號要“走”上4h26min才能傳回地球。它從遙遠的深空給地球傳來了信號表明，“新地平線”目前很健康，現(xiàn)正安靜地在深空中漫游。

“新地平線”是于2006年1月19日升空的，飛越木星以后的幾年時間里，“新地平線”上的絕大部分儀器將處于休眠狀態(tài)，以便節(jié)約電力，延緩設備老化并降低運營開支。每年僅喚醒1次，大約耗時50天左右進行設備檢測和軌道跟蹤。其他時間里，探測器處于慢自旋狀態(tài)，每周發(fā)回1次信標信號，以說明探測器是否處于正常模式。

讓“新地平線”按計劃于12月7日蘇醒的指令是在2014年8月地面對它進行一次例行檢查期間上傳的，而12月7日收到的信號確認此指令已經(jīng)得到執(zhí)行。但這次喚醒是一次分水嶺事件，標志著“新地平線”此行的主要目的—2015年探索冥王星及其衛(wèi)星的活動正式開始了。從此，“新地平線”將一直保持“清醒”狀態(tài)，直到2015年7月14日，它在這一天抵達距離冥王星的最近位置。

喚醒后的數(shù)周里，“新地平線”的地面團隊全面檢查了這個探測器，測試了它在飛越冥王星時需用的各種電腦程序，以確保各種系統(tǒng)和科學儀器正常工作。“新地平線”的科學探測設備都由放射性同位素熱電式發(fā)電機（RTG）供電，這一核電源提供的電力僅能供一對100W燈泡使用，卻可支撐近6個月的探測任務。

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冥王星的特點：①軌道奇特。太陽系中的大行星軌道都接近于圓形，而曾經(jīng)是大行星的冥王星的軌道卻是極為扁長的橢圓形，遠日點竟達74×108km，是離太陽最遠的行星，近日點僅為45×108km，進入海王星公轉(zhuǎn)軌道之內(nèi)，且其軌道面與黃道面有17°的傾角，不像其他大行星的軌道基本處于黃道面內(nèi)，使其看起來和其他圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的行星大為不同。二是自轉(zhuǎn)異常。在太陽系中，除水星、金星受太陽引力作用自轉(zhuǎn)緩慢外，其余大行星自轉(zhuǎn)周期均為9～25h之內(nèi)，而遠離太陽的冥王星自轉(zhuǎn)周期卻達6天多，這與行星序列的物理性質(zhì)規(guī)律相悖。三是唯一擁有天然同步衛(wèi)星。其衛(wèi)星“卡戎”（Charon）的運轉(zhuǎn)周期與冥王星自轉(zhuǎn)周期相等，在太陽系行星周圍已發(fā)現(xiàn)的160多顆天然衛(wèi)星中，這是唯一的同步衛(wèi)星。

2 幾經(jīng)周折始出來

由于冥王星離地球較太陽系的其他行星都遠，探測它很困難，所以以前一直沒有探測器走近過它。2006年1月19日，美國終于發(fā)射了“新地平線”冥王星探測器。這個三角鋼琴般大小的探測器以5.79×104km/h的速度飛行，因此成為人類有史以來發(fā)射的最高速飛行器。它在發(fā)射后只用9h就飛過了月球，而當年美國“阿波羅”登月飛船抵達月球用了3天時間。“新地平線”只用13個月就飛到了木星，然后借助木星的巨大引力進一步提速，從而更快地飛向遙遠的冥王星。

實施“新地平線”項目非常不易。早在20世紀90年代末，美國航空航天局曾制定了一個名為“冥王星-柯伊伯快車”（Pluto-Kuiper Express）的計劃，內(nèi)容是探測冥王星和其衛(wèi)星卡戎以及柯伊伯帶天體。它原計劃于2004年12月18日發(fā)射，但由于研制經(jīng)費超支等多種原因被美國航空航天局勒令下馬了。

不過，此舉遭到了很多天文學家的激烈反對，他們堅持要讓探測冥王星計劃再次上馬。美國行星學會還發(fā)動了“拯救冥王星計劃”運動，最后美國航空航天局終于改變了策略，于2000年12月20日發(fā)表了聲明。他們將不采用原計劃，而是向全球征集新的方案，并提出了比較苛刻的要求：一是要在2015年前飛抵冥王星，另一個是總金額不能超過5億美元。公開征集截止日期是2001年3月19日。公開由美國航空航天局之外的研究小組參與太空計劃的競標，這在美國歷史上還是首次。評論家們認為此舉是為了堵住批評者的嘴。

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在2004-2006年期間發(fā)射冥王星探測器，能借助木星的引力更快地飛向冥王星，大大節(jié)省燃料和縮短飛行時間，探測冥王星上沒有凍結(jié)的大氣。如果2006年以后發(fā)射冥王星探測器，由于太陽系各大行星的排列位置發(fā)生顯著變化，冥王星探測器會無法利用木星這一天然助推器的“彈射”作用加速飛抵冥王星，木星下一次的理想位置要到2018年才出現(xiàn)。但到那時再飛抵冥王星，冥王星將離太陽更遠，其上的稀薄大氣層將會凍結(jié)，無法了解到冥王星上大氣層的詳細狀態(tài)。由于冥王星的年很長，所以，如果錯過了這次探測機會，到下次大氣解凍將是23世紀。另外，冥王星和其衛(wèi)星表面有陰影區(qū)，當冥王星離太陽越遠，其陰影區(qū)就會越大，這對繪制完整的冥王星和其衛(wèi)星地圖造成困難。還有，就像地球一樣，冥王星和卡戎上也有極夜，如果是在它的黑夜到達那里，長時間的黑夜會廣泛地覆蓋需要探測的區(qū)域，大大妨礙深空探測器的拍攝和探測。

宇宙-1太陽帆示意圖

為這個任務，美國行星學會自掏400萬美元研制宇宙-1（Cosmos-1）太陽帆，試圖用太陽光壓做動力來實現(xiàn)冥王星的探測。從理論上講，一個太陽帆式空間探測器在其飛行3年后能達到約1.6×105km/h，按此速度飛行，它能在5年之內(nèi)抵達冥王星。但是，宇宙-1太陽帆的任務執(zhí)行得不順利，先后2次發(fā)射失敗。

還有一些其他機構(gòu)也提出了方案。最終，來自美國得克薩斯州的西南研究院(SRI)和約翰斯-霍普金斯大學應用物理實驗室(Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)提出的“新地平線”計劃被認可。該計劃預算額為4.88億美元（到2015年，該項目最后實際耗資7億美元），它能發(fā)回比原來的“冥王星-柯伊伯快車”計劃多10倍的觀測數(shù)據(jù)，如果2006年2月以前發(fā)射，它能于2015年抵達冥王星。于是，美國航空航天局2001年12月宣布，重新啟動冥王星探測計劃。

“新地平線”計劃要按時完成，其最關鍵的理由是此次探測冥王星的最佳機會如果錯過，只有經(jīng)過200年以后才能有第2次。2004-2006年是最后的發(fā)射冥王星探測器的最佳時間。為此，科學家們爭分奪秒地研制“新地平線”探測器。

3 “三明治”視野廣闊

主體形狀猶如一塊三角形三明治的“新地平線”實際上是由一個臨時組成的機構(gòu)來完成設計和研制，即由西南研究院和霍普金斯大學抓總，其他參與方還有美國鮑爾宇航公司、波音公司、斯坦福大學、科羅拉多大學、洛馬公司、美國能源部20多個大學和研究機構(gòu)，美國航空航天局的馬歇爾航天飛行中心負責管理。其主要任務有兩個：一是探測位于太陽系邊緣的冥王星及其衛(wèi)星卡戎；二是探測位于柯伊柏帶的小行星群。

2015年7月，“新地平線”飛越冥王星和卡戎示意圖

它在探測冥王星和卡戎時有七大使命：一是利用平均分辨率達1km的望遠鏡測量冥王星和卡戎表面成分（現(xiàn)在獲得的冥王星圖像的最高分辨率為500km左右，它由“哈勃”空間望遠鏡拍攝）；二是測量冥王星和卡戎地質(zhì)概貌和結(jié)構(gòu)；三是測量冥王星大氣的成分和逃逸率；四是測量卡戎周圍是否圍繞大氣層；五是測量冥王星和卡戎的表面溫度；六是對冥王星及卡戎的某些特定區(qū)域進行高分辨率成像(分辨率優(yōu)于100m)；七是尋找冥王星周圍是否還有其他衛(wèi)星。

它在探測柯伊伯帶時，將在2017-2020年飛越柯伊柏帶，對柯伊伯帶中的1個或多個天體進行類似的考察。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的柯伊伯天體超過1000多個，人們據(jù)此認為，冥王星和它的衛(wèi)星也都是柯伊伯天體，只不過冥王星的反光率太高了，才使當初的發(fā)現(xiàn)者輕易找到了它。柯伊伯帶有太多的問題需要調(diào)查，否則很難說了解了太陽系。毫無疑問，“新地平線”一定會給人類帶來更多有關這個家族的發(fā)現(xiàn)。

該項目首席科學家艾倫·斯特恩（Alan Stern）說：“此次抵達冥王星，感覺會像走進糖果店的小孩子一般興奮。因為，冥王星、它的衛(wèi)星以及太陽系中的這一區(qū)域存在如此多謎團。探索冥王星和柯伊伯帶就像是對太陽系外層進行考古挖掘工作。通過考察這片區(qū)域，我們可以一窺行星形成的古老時代。”他認為，對冥王星進行調(diào)查可稱之為攀登太陽系天體探索的珠峰，具有里程碑的意義，這次任務也代表了行星探索第一個時代的結(jié)束，我們現(xiàn)在有能力制造出速度更快、飛得更遠的探測器。現(xiàn)已經(jīng)確認冥王星周圍存在5顆衛(wèi)星，首要任務將對冥王星、最大的衛(wèi)星卡戎進行探測，研究其表面成分和溫度，同時對冥王星軌道之外的天體進行研究。

總裝完畢的“新地平線”，左邊的黑色柱體為核電源

“新地平線”探測器裝有放射性同位素熱電發(fā)電機。這是由于冥王星距離太陽太過遙遠，太陽光要經(jīng)過4h多的長途跋涉才能來到冥王星，而且其亮度只是地球上所看到的太陽光亮度的1/1000，所以在其漫漫征途中，“新地平線”所需的電力無法由太陽能電池提供。為此，它依靠所攜帶的10.9kg钚丸提供穩(wěn)定的電力。這個發(fā)電機位于探測器的尾部，內(nèi)裝的钚-238衰變時會釋放出熱量形成溫差從而發(fā)電。在此前的40多年里，放射性同位素熱電發(fā)電機曾在25次太空探測中使用，其中包括6次探測月球的“阿波羅”飛行，2次探測木星和探測土星的飛行，以及2次探測火星的飛行。

出于對太空遭核污染的擔心，在“新地平線”發(fā)射前夕，曾有數(shù)十名抗議者自發(fā)組織起來進行抗議。但據(jù)美國專家們解釋說，該探測器的燃料箱非常堅固，放射性同位素熱電發(fā)電機所用的二氧化钚燃料被封裝于特制的球形防火陶瓷中，這種陶瓷在水中有抗分解能力，不易與其他化學物質(zhì)發(fā)生反應，裝有钚燃料的密封箱完全能經(jīng)受住任何地面撞擊或空中爆炸的沖擊，發(fā)生意外災難的可能性最多為1/300。就是發(fā)生了意外，核燃料外泄的可能性也僅為2%。一旦破裂可形成較大的顆粒和碎片，產(chǎn)生的危險比微型顆粒要小。另外，美國航空航天局和能源部事前也做好了一旦發(fā)生事故的準備。美國航空航天局建立了16個移動跟蹤小組，對核輻射進行檢測，同時還部署了33個空氣取樣裝置和監(jiān)控器。幸好，一切都沒有發(fā)生。

為“新地平線”裝配直徑2.1m的高增益碟形天線

4 “短鍬”和“鐵鍋”組合

外表傾斜的“新地平線”探測器發(fā)射時的質(zhì)量為453kg。這個看上去像一把短鍬和一個鐵鍋組合的家伙一共攜帶了質(zhì)量30kg的科學儀器和77kg的推進劑，后者用于在航行過程中修正軌道或是改變航向。由于可利用木星引力進行輔助加速，并且在冥王星附近無需減速，所以“新地平線”沒有攜帶過多的燃料。

該探測器高0.7m，長2.1m，最寬處約2.7m。推進系統(tǒng)包括16個單元肼推力器，其中有4個4.4N的推力器用于軌道修正，另外有12個0.8N的推力器用于對探測器的自旋進行加速或減速。其通信采用X頻段，包括1副直徑2.1m的高增益碟型天線、1副中增益碟型天線和2副寬波束低增益天線。大部分情況下，它采用X頻段高增益天線與地面通信。當探測器到達冥王星時，即距離地球4.9×109km，數(shù)據(jù)率僅為700bit/s，將整套數(shù)據(jù)傳回地球需要9個月。提供能源的放射性同位素熱電發(fā)電機在任務初期功率為240W；2015年功率降為200W。

“新地平線”采用三軸穩(wěn)定（科學探測階段）和自旋穩(wěn)定（巡航階段）2種姿態(tài)控制模式。其中，自旋穩(wěn)定控制模式用于軌道修正機動和巡航階段的休眠期，額定自旋速率為5r/s。它是世界上首個使用“深空網(wǎng)信標側(cè)音”（beacontone）系統(tǒng)的探測器，“深空網(wǎng)信標側(cè)音”曾在1998年的深空-1(Deep Space-1)任務中進行了飛行驗證。

由于冥王星與太陽相距太遠，所以“新地平線”有三個特點：一是壽命必須很長，至少為10年以上；二是各分系統(tǒng)必須能耐得住低溫，并且不能用太陽電池為探測器提供電力；三是質(zhì)量控制在465kg內(nèi)（包括燃料）,以使速度接近第二宇宙速度。

這個探測器還號召民眾參與。2005年，美國霍普金斯大學等單位聯(lián)合發(fā)起了一個征集問候的活動，向全世界天文愛好者開放。愛好者只需打開美國霍普金斯大學應用物理實驗室的主頁, 并把自己的姓名輸入一張名為“飛向冥王星”的電子卡片內(nèi)并發(fā)送成功,就可以將自己的名字隨新地平線號飛向冥王星和柯伊伯環(huán)帶。愛好者還可直接打印這次“太空游”的彩色參與證書,上面印有本人的漢語拼音姓名和美國航空航天局等權威機構(gòu)的徽章。活動期間共征集到了超過43萬人的問候。

5 拓荒邊疆7只“眼”

“新地平線”攜帶了7臺科學探測儀器：3臺相機分別用于拍攝可見光、紅外線和紫外線照片；3臺光譜儀用來研究冥王星大氣及地表物質(zhì)的成分和溫度；還有一部塵埃計數(shù)器。

1）可見光-紅外成像儀（Ralph）。它用于拍攝冥王星及卡戎的地表情況，提供高清晰的彩色圖片，從而分析研究冥王星和卡戎地表的物理現(xiàn)象及組成成份，制成地表地圖。

“新地平線”結(jié)構(gòu)圖

該儀器由多光譜可見光相機（MVIC）和線性標準成像光譜陣列（LEISA）組成。前者工作在可見光范圍內(nèi)，并擁有4個不同的濾光鏡以拍攝彩色地圖，一個用來測量分布于表面的甲烷霜，其他的分別覆蓋藍、紅和近紅外等光譜區(qū)域。此外，還有2個全色濾光器，當測量發(fā)微光的遙遠物體時，可讓所有可見光通過，從而最大限度地增加儀器的敏感性。從濾光器穿過的光線均被聚焦到一個電偶合器件上。通過該相機可產(chǎn)生彩色地圖。后者工作在紅外波段，它利用熱輻射在紅外光譜范圍內(nèi)工作，可像棱鏡一樣使不同波長的光按不同比率彎曲，這樣就可以分別對每種光進行分析。根據(jù)量子物理，不同分子輻射和吸收不同波長的光，因此，對光的成分進行分析，就可以鑒別不同的分子。它將用于描繪冥王星表面甲烷霜、氮、一氧化碳、水及卡戎表面水冰的分布情況。總之，該儀器用于繪制冥王星和卡戎表面的高分辨率黑白和彩色地圖，收集其表面物質(zhì)成分和溫度圖，以及柯伊伯帶深處的天體圖像。

這臺儀器是鮑爾宇航技術公司研制的，是“新地平線”任務的核心載荷，有望改變?nèi)祟悓ね跣恰⒖ㄈ趾涂乱敛畮祗w的了解。由于冥王星距離太陽十分遙遠，拉爾夫的數(shù)字成像能力被設計成在比地球上日光弱1000倍的光亮級別上獲得數(shù)據(jù)。它雖小但結(jié)實，運行時耗電量不足7W。

2）遠程勘測成像儀（LORRI）。它是探測器上分辨率最高的成像儀器，由一臺20．8cm光學望遠鏡和CCD組成，能產(chǎn)生高空間分辨率圖像。它能從觀察特定的星體得出探測器在某一點精細準確的位置及相位。當探測器到達距冥王星最近點時，該儀器用于拍攝冥王星和卡戎表面某些100m×100m特定地區(qū)的最高分辨率圖片。

3）冥王星周圍太陽風分析儀（SWAP）。它用于探測冥王星附近的太陽風帶電粒子，以確定冥王星是否具有磁場和它的大氣逃逸率。

4）紫外成像儀（Alice）。它不僅能象光譜儀那樣把不同波長的光分離，還可以拍攝到在不同波長的光照射下的目標照片，用于測量由冥王星及卡戎輻射或反射出來的紫外線，得出冥王星及卡戎大氣、地表的組成、分布、溫度的裝置。該儀器有兩種工作模式，一為探測大氣光模式，是當探測船接近及離開冥王星時使用，直接量度由冥王星及卡戎的大氣輻射或反射出來的紫外線，是較多時間使用的工作模式。另一種模式是測量掩食光模式，是當探測器飛過冥王星之后，進入冥王星日蝕陰影區(qū)時，即被冥王星星體遮掩太陽光的地方，利用量度透過冥王星大氣的太陽光，求得大氣的成份、溫度、及濃度的分布。

5）冥王星高能粒子光譜儀（PEPSSI）。它用于探測從冥王星大氣中逃離出的中性原子。這些原子逃逸后即與太陽風作用變?yōu)閹щ娏Ｗ印?/p>

為“新地平線”安裝紫外成像儀

6）無線電科學設備（REX）。它用于探測冥王星大氣層的溫度和密度。它由一小塊集成到探測器通信系統(tǒng)中的含先進電子設備的印刷線路板構(gòu)成，探測器向地球傳輸科學數(shù)據(jù)等所有電信聯(lián)系均通過它來完成，對探測任務能否成功關系重大。當探測器飛臨冥王星時，其上面直徑2.1m的高增益天線指向地球，與美國深空網(wǎng)進行通信。當探測器飛到冥王星背面，冥王星大氣將使無線電波產(chǎn)生彎曲，彎曲程度依氣體分子的平均重量和大氣溫度而定，此時，該儀器將記錄到的無線電波數(shù)據(jù)發(fā)送回地球進行分析。科學家可通過比較前后同一個信號的差別，就能了解當中因為太陽風、輻射源、磁力場及重力波對信號所產(chǎn)生的影響，求得出有關數(shù)據(jù)。該儀器還可測量冥王星本身微弱的電磁輻射，當探測器飛過冥王星后，它可以準確提供冥王星背向太陽一面的溫度資料。

7）學生塵埃計數(shù)器（SDC）。它是在科學家的指導下由美國科羅拉多大學的學生研制的，將在探測器的整個旅程中監(jiān)測星際塵埃對“新地平線”的影響，以及由彗星脫落物和柯伊伯帶天體相互碰撞產(chǎn)生的塵埃粒子大小，其中包括從未取樣的星際空間，沿途統(tǒng)計宇宙塵埃的數(shù)量并測量它們的大小。這是在此類行星探測計劃中首次加入完全由大學生設計和實施的實驗項目。

在上述儀器中，可見光-紅外成像儀、紫外成像儀和無線電科學設備拍攝的彩色圖片能告訴科學家冥王星的化學構(gòu)成和大氣，給科學家提供有史以來最清晰的觀測圖片，為冥王星描繪出一幅全新的圖像。所有這7項儀器的總能耗將低于一個夜間照明的燈泡。

7 首次闖柯伊伯帶

“新地平線”航行的頭13個月的任務主要是通過遙測來檢測探測器、校準儀器和修正航線。它于2007年2月底接近木星，以21km/s的速度在離木星非常近的地方掠過木星，離木星最近處約2.27×106km的位置，即以比“卡西尼”土星探測器還要接近的距離飛越木星，并借助木星的引力將自身速度由5.79×104km /h加速到7.5×104km/h，然后再直飛冥王星。此外，它利用飛越木星的機會，順便對這顆行星和它的20多個衛(wèi)星進行了為期4個多月的進行考察。在此后從木星飛往冥王星的8年時間里，“新地平線”上的絕大部分儀器將處于電子休眠狀態(tài)。

在接近冥王星時，“新地平線”的所有系統(tǒng)被喚醒，開始做準備探測的工作。然后從2015年1月15日開始探測冥王星及其衛(wèi)星。首席科學家斯特恩表示：“‘新地平線’是人類歷史上從地球出發(fā)之后抵達主要探測目標距離最遠的探測器，而現(xiàn)在我們終于準備好開始工作了。”

“新地平線”對冥王星的探測共分為3個階段：

“新地平線“冥王星探測項目時間規(guī)劃—2015年7月14日北京時間19：50將抵達距離冥王星最近位置

第一階段從2015年1月15日起，它陸續(xù)啟動塵埃計數(shù)器等設備，其中從1月25日起,開始用遠程勘測成像儀從遠處對冥王星拍照，不斷改進對冥王星的了解,并幫助探測器進行“光學導航”，確定冥王星的具體方位。從而確保“新地平線”在接下來剩余的路程中也能夠安然通過。遠程勘測成像儀將在接下來的幾個月里拍攝數(shù)百張冥王星的圖像，幫助科學家們不斷改進探測器與冥王星之間距離的估算值。盡管直到2015年5月之前，探測器所拍攝的所有冥王星圖像都將僅僅是一個小小亮點，然而這些圖像卻將幫助導航任務組的科學家們設定適當?shù)能壍佬拚齾?shù)。首次這樣的軌道修正操作將在2015年3月進行。“新地平線”交會任務主管馬克·霍德里奇(Mark Holdridge)表示：“我們需要精確地知道當探測器抵達那里時，冥王星所處的位置。飛越冥王星的時間點必須非常精確，因為探測器上的計算機會根據(jù)預先設定的時間調(diào)整飛船朝向，并將探測設備對準冥王星的所在方位，而我們現(xiàn)在所拍攝的圖像便將幫助我們設定精確的時間和方位參數(shù)。”

目前所處的首個“接近階段”將一直持續(xù)到春季結(jié)束，在此期間“新地平線”將執(zhí)行一系列重要的科學操作。探測器上的科學載荷將連續(xù)采集行星際空間的環(huán)境數(shù)據(jù)，包括測量從太陽發(fā)出的高能粒子流以及柯伊伯帶內(nèi)側(cè)空間彌漫的塵埃顆粒性質(zhì)等等。除了冥王星，在這一太陽系外側(cè)邊緣從來未經(jīng)探測的遙遠區(qū)域可能還隱藏著數(shù)以千計體積較小的冰雪或巖石星球。

第二階段從2015年4月起，“新地平線”的重點將不再是導航，而是開始集中精力搞科研。它將開始全面探測冥王星，使對冥王星的觀測工作大大加強，其中5月中旬，“新地平線”上的相機和光譜儀將開始能夠獲得質(zhì)量和分辨率超過地球上最強大望遠鏡的清晰的冥王星圖像，將獲得分辨率達1km的冥王星表面圖像，從而可以用于對冥王星及其衛(wèi)星進行精確度前所未有的全球地圖測繪。目前所獲得的冥王星圖像最高分辨率為500km左右，它是由“哈勃”空間望遠鏡拍攝的。

“新地平線”7月將飛至距冥王星約10000km的最近距離，有望拍攝出令人驚奇的照片

第三階段從2015年6月下旬起，進入最后沖刺階段，其中2015年7月，“新地平線”飛越冥王星和卡戎，時間約為1地球日。其間，它將探測冥王星大氣層發(fā)出的紫外線輻射，并分別在綠、藍、紅和對甲烷霜敏感的特殊波段繪制冥王星和卡戎清晰的地圖。它還將在近紅外波長上獲取光譜圖，以了解冥王星及卡戎表面成分和這些物質(zhì)的分布及溫度。7月14日，“新地平線”將從冥王星上方約9600km處飛過，這是它與冥王星最接近的距離（與卡戎的最近距離為2.7×104km）。此間，探測器將用可見光和近紅外相機拍攝最為清晰的冥王星和卡戎“特寫”，最高能拍攝分辨率達60m的冥王星地貌。

當探測器飛過冥王星到達它的陰面時，探測器將借助卡戎反射過來的光線繼續(xù)對冥王星陰面的地表情況進行探測。此外，將從地球向冥王星發(fā)射無線電波。那些穿過冥王星大氣層的無線電波被探測器上的高增益天線接收后，探測器上的儀器就會根據(jù)無線電波的折射情況推算出冥王星大氣層的溫度和密度。

隨著與冥王星的距離逐漸減小，“新地平線”拍攝的冥王星圖像將會變得越來越清晰。到2015年5月，“新地平線”拍攝的冥王星圖像質(zhì)量將超過“哈勃”空間望遠鏡。而到了7月，這顆探測器或許將拍攝到冥王星上漂浮的云層或冰火山噴發(fā)，科學家們認為這類現(xiàn)象可能存在于冥王星表面。

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“新地平線”采用飛越方式來探測冥王星。那么,它為什么不進入冥王星的軌道進行長時間觀測呢？其原因有兩個。一是其飛行速度必須非常快，這樣才能用9.5年時間到達距離地球5.0×109km的冥王星，因此，如果“新地平線”要進入冥王星軌道，它必須將速度降低90%，這就要求多攜帶1000倍的燃料，而“新地平線”所攜燃料又不足以供減速和進入環(huán)冥王星軌道之用。二是如果進入冥王星軌道，“新地平線”將無法繼續(xù)前行，探測柯伊伯帶。它將在與冥王星及其衛(wèi)星“親密接觸”后，繼續(xù)前行并一去不返。

“新地平線”飛向柯伊伯帶示意圖

在考察過程中，“新地平線”有可能存在著諸多的不確定性，或許那里還有更多衛(wèi)星尚未被發(fā)現(xiàn)，甚至或許冥王星擁有光環(huán)。當近距離飛過冥王星時，觀測采集的數(shù)據(jù)量將會異常龐大，探測器根本來不及向地球回傳。因此它將會暫時存儲這些數(shù)據(jù)，并在飛過冥王星之后1年多的時間里陸續(xù)向地球回傳。

當飛離冥王星和卡戎后，“新地平線”還將回視冥王星和卡戎最為陰暗的部分，這是觀察冥王星大氣中的霧及辨認冥王星和卡戎表面是否平坦的最好方法。

2015年7月14日，在完成對冥王星的考察工作之后，“新地平線”將在2017－2020年進入柯伊伯帶，探測至少2個直徑為40～90km的柯伊伯帶天體，這一階段可能會持續(xù)5～10年。柯伊伯帶是一個位于海王星軌道外側(cè)，散布大量冰凍小天體的稀疏環(huán)形區(qū)域。而在那之后，“新地平線”上的計算機將會被重置，上傳由“一個地球新地平線信件”項目(One Earth：New Horizons Message)收集的有關地球的各種信息,即由全世界各地的人們提交的各種照片、聲音、文字甚至是計算機程序，“新地平線”將帶著這些來自地球上人們的各種信息一只飛向遙遠的恒星際空間。