航天器將放大人類曾經(jīng)訪問過的最遙遠(yuǎn)的物體

就在1月1日午夜之后，美國(guó)宇航局的太空船將飛越我們太陽系中曾經(jīng)訪問過的最遙遠(yuǎn)的太空巖石。這個(gè)遠(yuǎn)程星際飛行將在眨眼間結(jié)束。但如果成功的話，這個(gè)事件可以告訴我們很多關(guān)于主宰我們宇宙鄰域深處的物體。

進(jìn)行這次大膽訪問的機(jī)器人太空船被稱為New Horizo??ns，它在過去的13年中一直在太空中旅行。你可能還記得這個(gè)著名的機(jī)器人：它是2015年夏天第一個(gè)訪問冥王星的人造物體。自那次飛越以來，新地平線一直在深入太陽系。三年后，它已準(zhǔn)備好迎接另一個(gè)遙遠(yuǎn)的目標(biāo)，一塊綽號(hào)為Ultima Thule的巖石位于冥王星之外10億英里處。離地球41億英里。

這塊新巖石不同于我們以前見過的任何東西。這是一個(gè)與紐約市相當(dāng)?shù)暮涮祗w，在太陽系的一個(gè)被稱為柯伊伯帶的地區(qū)軌道運(yùn)行。這個(gè)位于海王星軌道之外的空間區(qū)域可能充滿了數(shù)百萬個(gè)小型凍結(jié)物體。它有點(diǎn)像一個(gè)超級(jí)遙遠(yuǎn)的小行星帶。除了柯伊伯帶中的尸體被認(rèn)為是非常原始的 - 太陽系誕生時(shí)剩下的殘余物。當(dāng)行星在45億年前首次形成時(shí)，柯伊伯帶地區(qū)的物質(zhì)并沒有結(jié)合在一起形成新的世界，而是像小碎片一樣。從那以后，他們大部分都保持不變。

那是因?yàn)樗鼈兲×?，離太陽太遠(yuǎn)了?？乱敛畮祗w非常冷 - 僅比絕對(duì)零度高35度開爾文。在此溫度下，物體在表面上的變化不大。它們基本上已經(jīng)被數(shù)十億年的時(shí)間凍結(jié)了。而且它們非常小，以至于它們內(nèi)部也不會(huì)發(fā)展很多。像海王星或天王星這樣的大世界最終形成內(nèi)部引擎，物體內(nèi)部的物質(zhì)在壓力和熱量的作用下重塑數(shù)百萬年。但柯伊伯帶的物體并不足以做到這一點(diǎn)。這意味著它們就像微型時(shí)間膠囊一樣，提供了當(dāng)我們的行星系統(tǒng)首次出現(xiàn)時(shí)潛伏著什么材料的快照。艾倫斯特恩說：“我們從來沒有像往常一樣被這樣長(zhǎng)時(shí)間保存在這么深的地方。”邊緣。“太陽系早期的任何東西都完好無損。”

成功通過Ultima Thule將是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因?yàn)樗《揖嚯x很遠(yuǎn)，所以很難從地球上看到和追蹤物體。New Horizo??ns團(tuán)隊(duì)只有一次機(jī)會(huì)讓這次飛行正確。該航天器目前以每小時(shí)32,000英里的速度穿越太空。如果有什么東西變得拙劣，就沒有辦法讓New Horizo??ns再次嘗試。“就像冥王星一樣，這是一次性的，”斯特恩說。“一周后我們沒有第二艘太空船。而且因?yàn)樽鲞@些飛行中的一個(gè)是一個(gè)非常復(fù)雜的企業(yè)，所以有數(shù)百個(gè)變量都必須完美地編排。“

New Horizo??ns并不總能保證能夠訪問像Ultima Thule這樣的物體。該車的主要任務(wù)是由冥王星飛行，之后可能會(huì)經(jīng)過第二個(gè)柯伊伯帶天體。但是，當(dāng)飛船首次從地球在2006年1月推出，天文學(xué)家們甚至不知道是否有是一個(gè)物體足夠接近冥王星是新秀能目標(biāo)。我們當(dāng)時(shí)所知道的所有物品都遙不可及。因此，當(dāng)New Horizo??ns團(tuán)隊(duì)為冥王星做準(zhǔn)備時(shí)，他們還在天空中尋找太空船的第二個(gè)目的地。最后在2014年，他們使用美國(guó)宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡找到了一個(gè)目標(biāo)：一個(gè)名為2014 MU69的柯伊伯帶天體。

MU69，現(xiàn)在被稱為Ultima Thule，理想地位于New Horizo??ns的太陽系之外。太空船仍然攜帶足夠的燃料來發(fā)射推進(jìn)器并到達(dá)物體。所以在2015年10月和11月，在NASA甚至正式批準(zhǔn)New Horizo??ns的新任務(wù)之前，操作航天器的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一些路線修正操作，使車輛跟上了與Ultima Thule的會(huì)面。

從那時(shí)起，新地平線逐漸關(guān)閉在巖石上，由地球團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)。它還觀察了柯伊伯帶中的其他遠(yuǎn)處物體，拍攝了機(jī)器人拍攝的一些最遙遠(yuǎn)的照片。但是，在幾個(gè)月的時(shí)間里，New Horizo??ns已經(jīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，這是一種大多數(shù)儀器都被關(guān)閉的模式。這是一種防止車輛行駛時(shí)不必要的磨損的方法。它也有點(diǎn)像自動(dòng)駕駛儀 - 航天器大多只是旅行而且不需要從地面任務(wù)團(tuán)隊(duì)那么多的監(jiān)督。

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與此同時(shí)，New Horizo??ns團(tuán)隊(duì)的艱巨任務(wù)是盡可能多地學(xué)習(xí)Ultima Thule。考慮到大約20英里，我們?cè)诘厍蛏峡梢允褂玫娜魏瓮h(yuǎn)鏡都太小而且模糊不清。這就是團(tuán)隊(duì)必須要有創(chuàng)意的原因。2017年，New Horizo??ns的科學(xué)家能夠觀察到Ultima Thule在背景恒星面前經(jīng)過。這是一次短暫的日食，被稱為掩星，其中Ultima Thule短暫地阻擋了恒星的光線。從那個(gè)分秒交叉，科學(xué)家們能夠更好地了解巖石的形狀。

所有跡象都表明這塊巖石很奇怪。事實(shí)上，它甚至可能不是一塊石頭。掩星顯示，Ultima Thule的形狀像橡皮鴨一樣，看起來有點(diǎn)像兩個(gè)壓在一起的土墩。或者它可能是兩個(gè)獨(dú)立的巖石，它們彼此靠得很近。在New Horizo??ns到達(dá)Ultima Thule之前的一兩天，我們真的不知道。這個(gè)微小的物體比冥王星小100倍，這使得New Horizo??ns的機(jī)載相機(jī)更難以提前看到。直到New Horizo??ns或多或少地處于對(duì)象之上時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)最好的圖片。“這是直到最后一分鐘的距離點(diǎn)，然后你用手指抓住，然后你從一個(gè)點(diǎn)到一個(gè)世界，在48小時(shí)內(nèi)，”斯特恩說。

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如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，那就是這樣。斯特恩認(rèn)為，這次飛越比冥王星更具挑戰(zhàn)性，當(dāng)時(shí)新地平線位于矮行星表面7,750英里范圍內(nèi)。那時(shí)，地球的無線電通信耗時(shí)4.5小時(shí)到達(dá)新視野。但是現(xiàn)在太空船距離太遠(yuǎn)，需要更長(zhǎng)的時(shí)間 - 六個(gè)小時(shí) - 才能獲得車輛信號(hào)。再加上Ultima Thule的小尺寸和模糊，為科學(xué)家和工程師克服了更復(fù)雜的試驗(yàn)。

最小的無法預(yù)料的細(xì)節(jié)可能會(huì)在最后一分鐘搞砸。例如，就在上個(gè)月，New Horizo??ns團(tuán)隊(duì)在他們意識(shí)到航天器略微偏離航線時(shí)避免了一個(gè)潛在的大問題。他們最終意識(shí)到每次車輛重新定位以觀察柯伊伯帶中的一個(gè)遙遠(yuǎn)的物體時(shí)，這一動(dòng)作都會(huì)使New Horizo??ns略微偏離軌道。幸運(yùn)的是，該團(tuán)隊(duì)及早發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)，以便他們能夠糾正航天器的軌跡，并決定犧牲一些即將到來的觀察結(jié)果，要格外小心。“這是一個(gè)遲到的捕獲，但發(fā)現(xiàn)它的人是我的英雄，”斯特恩說。

但現(xiàn)在，還有什么事情要做。飛越序列的最終命令在圣誕節(jié)上傳到航天器，這些命令無法更改。New Horizo??ns必須按照自己的設(shè)計(jì)行事：在1月1日美國(guó)東部時(shí)間上午12:33由Ultima Thule飛行，在距離巖石表面2200英里的范圍內(nèi)飛行時(shí)，執(zhí)行一系列預(yù)先計(jì)劃好的任務(wù)。它會(huì)捕捉圖片，繪制物體表面，尋找衛(wèi)星和大氣，并獲取身體的溫度。基本上，它將嘗試在幾秒鐘內(nèi)學(xué)習(xí)關(guān)于Ultima Thule的一切。

然而，在我們獲得那些第一個(gè)誘人的近距離圖像之前，這將是一個(gè)短暫的等待。飛越四小時(shí)后，新地平線將向地球發(fā)出信號(hào)，讓任務(wù)團(tuán)隊(duì)知道這次遭遇是否成功。由于無線電通信需要六個(gè)小時(shí)才能到達(dá)我們的星球，如果飛行按計(jì)劃進(jìn)行，我們將不會(huì)知道10個(gè)小時(shí)。然后在第一個(gè)信號(hào)發(fā)出幾個(gè)小時(shí)后，New Horizo??ns將開始長(zhǎng)時(shí)間回送其收集的所有數(shù)據(jù)，包括第一張高分辨率圖片。

將所有這些數(shù)據(jù)帶回地球?qū)⑿枰L(zhǎng)達(dá)兩年的時(shí)間。New Horizo??ns將收集大約50千兆位的數(shù)據(jù)，這是您可能在小型閃存驅(qū)動(dòng)器上找到的存儲(chǔ)容量。但由于航天器的處理能力較低，將一切下行到地球需要長(zhǎng)達(dá)20個(gè)月的時(shí)間。所以新的驚喜和圖片將在整個(gè)2019年和2020年繼續(xù)出現(xiàn)。

至于我們?cè)赨ltima Thule會(huì)發(fā)現(xiàn)什么，任務(wù)團(tuán)隊(duì)不愿意推測(cè)。巖石真正屬于太陽系對(duì)象的一個(gè)??新類別，我們可能找不到先例。但斯特恩樂觀地認(rèn)為我們會(huì)看到令人驚奇的東西。“我不做預(yù)測(cè)，”斯特恩說。“我在冥王星做出的唯一預(yù)測(cè)就是我們找到了一些很棒的東西，我們做到了。我覺得這很有趣，我們不知道我們會(huì)看到什么。“