地球最快人造探測器飛越冥王星，傳回的照片為何讓科學家不知所措

2020-08-27 量子旅行者

「新視野號」是人類目前擁有最快速度的人造飛行器，它在2006年1月19日發射時的速度高達16260米/秒，與能脫離太陽引力的逃逸速度或者說第三宇宙速度（16700米/秒）非常接近，這是迄今為止人類發射的速度最快的太空飛行器，到目前為止，人類發射的太空飛行器中超過太陽逃逸速度的只有5艘，分別是旅行者1號、2號，先驅者10號、11號（已停止運行）以及新視野號（這裡的最快飛行器是考慮的從地球發射時的速度）。


新視野號的目標是對直徑約3200公裡的冥王星及其5顆已知的小衛星——冥衛一，冥衛二，冥衛三，冥衛四和冥衛五進行儘可能全面的勘察，收集儘可能多的圖像和其他數據。


我們對冥王星的認識非常有限。冥王星的直徑約為月球的2/3，繞太陽公轉一周需要248年。儘管科學家對它進行過多次的觀測，但它仍有更多的未知。它的表面看上去會是什麼樣子?它是像木衛二一樣的平坦,還是像土衛二那樣崎嶇?它有哪些獨有的特徵?它是如何與其衛星,例如冥衛一,相互作用的?「新視野」目的就是揭曉這些問題的回答。


除此之外，新視野號還將首次探索柯伊伯帶，冥王星就位於太陽系外圍的柯伊伯帶中，很多人並不清楚太陽系的構成，一個完整的太陽系組成應該是中間有8大行星圍繞著太陽運動。太陽系的外圍分布著柯伊伯帶，柯伊伯帶裡充滿了成千上萬個小型冰質天體，它們被認為是早期太陽系的遺存。而邊界則籠罩著奧爾特雲。黃道離散盤則分布在兩者之間。


這次探測稱為「太陽系的考古發掘之旅」，2015年7月14日19點49分，這是一個註定要載入天文學史冊的歷史時刻，「新視野號」飛船，經過9年的行星際旅行，首次近距離飛越冥王星，傳回了一系列的照片，我們經常抱怨網速太慢，不過我們的網速比起新視野號探測器的「網速」已經可謂高速。


探測器發回地球的探測數據下行速率僅為1.68kb每秒，即使手機拍攝的一張2Mb大小的普通照片，也需要20分鐘才能傳輸完畢。因此，探測器飛越冥王星前後拍攝的大量照片和探測數據都將存儲在探測器上的計算機中，無法在第一時間傳回地球。在探測器完成近距離拍照和觀測任務後，這些「大片」將在新視野號奔赴柯依伯帶其他天體的漫長旅途中被下載。全部數據傳回地球大約需要16個月的時間。


由於冥王星與地球相距過遠，以光速傳播的指令要4個半小時才能被探測器收到，而地面收到探測器發出的指令完成信號又需要4個半小時。也就是說一個簡單的問答也需要9個小時才能完成。所以，新視野號的所有控制指令都是很早之前就已經精確設計好並上傳給探測器，這些指令一旦執行就只能聽天由命，無法中途撤銷。


新視野號拍攝了各類壯觀的地貌，包括環形山、山脈和冰川地形。揭示了冥王星地表特徵的多樣性，它們的範圍之廣和程度之複雜，甚至讓科學家都感到不知所措。


視野號在飛掠冥王星時，半定量地測定了它表面的化學組成——主要是固體的氮、冰、以及少量的甲烷和一氧化碳。這些成分，可能和不少人印象中星球形象有一些差異。畢竟，很多人的印象中，星球都是石頭疙瘩。

在新視野號傳回的一系列照片可以看到一系列高達 3,500 公尺的山脈，科學家認為這些胡亂堆在一起的山脈可能是一塊塊巨型的堅硬水冰，它們漂浮在一大片密度更大卻又更加柔軟的氮冰之中。正是這些氮冰填滿了這片被非正式稱為斯普特尼克平原的地區，斯普特尼克平原的位置區域就在大家非常熟悉的冥王星心形位置。




在這張照片所展現的寬約470千米的地形中央，亂七八糟堆積著破碎的山峰。這裡位於巨大的斯普特尼克平原西北側邊緣，圖中右邊的明亮平地就是這片冰原。



根據初步探測成果，新視野號發現冥王星的北極存在極光，主要成分是氮冰和甲烷冰。甲烷從液態結成冰的溫度為-183C (1個大氣壓下，後同)，而氮氣在一196C才能成為液氮，從液氮固結成冰需達到-210C。冥王星極冠上分布的氮冰和甲烷冰，足以說明那裡究竟冷到了何種程度。



讓科學家驚訝的是，整個山脈周圍沒有任何隕石坑的存在，由此推斷這個山脈的形成在地質上是很新的事，可能不到一億年之久，甚至有可能形成山脈的地質過程現在都還在進行當中。

然而就在這年輕的冰原旁邊，卻是冥王星最古老地貌，因為這裡遍布著一重又一重的撞擊坑。還有讓人百思不得其解的在斯普特尼克平原西部邊緣的深色規則山脊，科學家認為這是條紋狀沙丘，那些沙子是由甲烷冰所構成的。



每秒可達 1 10 米的相對強風應該會由那些山脈吹出，繼而刮過整個平原。計算機模擬顯示出，儘管冥王星只有很薄的大氣層， 但只要這些風一旦具備空運能力，就足以令沙狀甲烷冰粒子移動。但是這些風也可能太弱，以至於不能讓顆粒物漂 離它們最初的位置。看起來像是沙丘。不過目前這也僅僅是猜測，它的成因仍在討論。可以說，冥王星複雜的地形，完全超乎了科學家的想像。


另外，冥王星大氣層中覆蓋全球的薄霧能夠分成許多層，層數也超出科學家的預料。這些薄霧事實上產生了類似地球上暮曙光的效果，微微照亮了晝夜交界線附近夜晚一側的地形，使得新視野號上的相機能夠看到冥王星的背陽面。



冥王星還存在太多的未知等著人類去探索，不僅是冥王星，整個太陽系，人類對它的了解都僅僅是滄海一粟，人類對星空的探索，還有很遠的徵程！

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