探訪天王星和海王星的最佳機會，NASA在等什麼，錯過還要等十年啊

目前，在太陽系最大的行星——木星身邊，有NASA的朱諾號探測器持續環繞觀測。NASA與歐洲航天局等合作的卡西尼號探測器，也在前幾年剛剛完成使命。可是，在木星和土星之外的冰巨星——天王星及海王星，卻遲遲沒有專門的研究。如今，最佳機會到來了，NASA在等什麼……

冰巨星的發現

1781年，英國天文學家赫歇耳發現了天王星，這是人類歷史上首次用望遠鏡發現行星。在此之前，人們一直以為土星就是太陽系的邊界。而天王星的發現，大大改變了人類的認知。

在發現天王星後，科學家們對它進行了觀測。可是，奇怪的是，天王星的運行始終和天文學家的理論計算有偏差。後來，勒維耶和亞當斯兩個人同時意識到，這可能是天王星軌道外的另一顆行星所產生的引力所導致的運行偏差，並著手推算這顆行星的軌道。1846年，這顆行星果然被發現，這就是海王星。

天王星和海王星是太陽系目前最遠的兩顆行星，前者距離太陽19.3個天文單位，幾乎是土星的兩倍；海王星更誇張，距離太陽接近29個天文單位。由於距離太陽過於遙遠，所以它們都是極其寒冷的星球，故而合稱為冰巨星。

現在我們知道，天王星的直徑約為51118公裡，質量是地球的15倍左右；海王星直徑略小，約為49532公裡，質量卻稍佔上風，是地球的17倍。看得出來，兩顆冰巨星在體型上幾乎一樣。不僅如此，它們大氣的主要成分都是氫氣和氦氣，又有著比木星、土星多得多的甲烷，所以都顯出藍色。因此，這兩顆冰巨星又被天文學家看成是行星中的孿生姐妹。

對於當時的天文學家來說，這個距離實在是只能望洋興嘆，盡力提高望遠鏡的技術，才能遠遠地看上它們一眼。到了20世紀，情況就不一樣了……

拜訪冰巨星

1977年8月20日，美國的旅行者2號探測器在甘迺迪航天中心成功發射升空。經過8年多的星際航行，終於在1986年1月份抵達天王星，這是人類歷史上第一次有探測器前往天王星。

在對天王星進行了短暫的拜訪之後，旅行者2號調轉方向，向海王星飛去。3年後，它來到了海王星，開始對海王星進行觀測。同樣的，海王星也只是它「生命中的過客」，它的目標只有太陽系的邊緣。很快，旅行者2號就離開海王星，繼續前往宇宙的深處。

（圖為旅行者2號拍攝的海王星及海衛一的合照）

從此，人類回到了只能通過望遠鏡來觀測它們的原點。到現在，已經過去30多年了……

重返冰巨星

自從旅行者2號匆匆和兩顆冰巨星擦肩而過之後，人們就沒有停止過對重返冰巨星的期待。

在2017年的時候，《新科學家》表示NASA正在討論關於重返冰巨星的計劃。他們希望，在10-20年內能夠執行這個計劃，並在2034年左右發射探測器。

為什麼是2034年呢？因為不同的行星有不同的探索窗口期。所謂的窗口期，就是行星和地球由於公轉速度的差別，只有較短的時期內比較接近地球，此時發射探測器最簡單，也最節省能源。比如火星的窗口期，大約是26個月。

天王星的窗口期相對更長一些，因為對於探索天王星來說，天文學家還要考慮一個因素——木星引力彈弓。木星的引力彈弓大家應該比較熟悉了，就是利用木星公轉的速度，帶動太空飛行器，同樣可以節省太空飛行器能源，也可以提高其速度。火星在木星內側，我們探索火星是不會路過木星，所以不必考慮這一天。如果要探索天王星或者海王星，這就不得不計算在內了。

目前看來比較有可能執行探索任務的下一個窗口期，大概就是2034年了。如果2034年不能發射探測器，就要等到2041年。

而對於海王星來說，2026年將是一個機會。不過，考慮到7年的航行期，看樣子我們是已經錯過了。下一次機會，是在2031年發射，利用絕佳的機會藉助木星的力量，於2038年抵達海王星。

因此，不論天王星還是海王星的探索，最早都要30年代才可以執行。

不過，這不代表我們現在不需要著急。恰恰相反，如果NASA真的有這個計劃，現在就要儘快布局了。因為這麼巨大的項目，沒有10年是根本準備不完的。因此，雖然最近探索冰巨星的計劃再度提上議事日程，但其實和3年前是同一個項目。

探索目標

首先，探索目標就是必須要明確的。

根據「冰巨星」預研組主任艾米·西蒙表示，他們對冰巨星研究的主要目標，定在了四個方面：行星環、衛星、氣氛和磁層。表面看是4個主要任務，但其實仔細展開的話，是非常多的小任務。

實際上，關於天王星和海王星，有太多的未解之謎等著被揭開。我們大致羅列幾點：

1. 冰巨星表面的氣體到底是不是天文學家所推測的那樣？

2. 為何根據旅行者2號的探測結果，比天王星遠了16億公裡的海王星，反而比天王星的表面溫度高？

為何遲遲不執行任務

說到這裡，很多人會納悶：既然冰巨星有如此多的未解之謎，為何科學家30年來都不回去看看呢？如今想要發射探測器去冰巨星，難點到底在哪呢？

首先，就是動力問題。我們知道，目前人類最高效的能源，就是核能了。不過，由於國際條約對濃縮鈽的限制，鈽-238為動力的原子電池材料供應不足，這給NASA帶來了很大的麻煩。畢竟，如果沒有核動力，而是僅僅靠太陽能的話，太空飛行器基本飛不出10個天文單位，也就是土星軌道附近。

（人類第一顆探索冥王星的探測器——新地平線號，動力來源為核動力，利用放射性同位素二氧化鈽自然衰變時所釋放出來的熱，以熱電偶形式發電）

其次，就是我們說到的窗口期，科學家必須把握好時機，才能發射探測器。當然，這個不算是難題，只是對時間有點限制罷了。

第三，也是非常重要的，那就是錢——沒錢去什麼外太空，玩什麼說走就走的旅行？眾所周知，雖然川普同志很重視太空發展，但是NASA的各種科研導致錢用得比燒得還快，所以囊中一直很羞澀，萬眾期待的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡也因此一拖再拖。

因此，接下來他們可能要面臨的一個尷尬局面就是：天王星和海王星，恐怕就是魚和熊掌，不能兼得……

尷尬的抉擇

說起天王星和海王星之間的抉擇，還真是讓科學家們遲遲下不了決心。聽說，在NASA科學家的心中，天王星和海王星就是紅玫瑰和白玫瑰，去探索紅玫瑰，白玫瑰就是床前明月光……

扯遠了。

但是，這兩顆冰巨星孰重孰輕，還真的是不好判斷。

咱們細說說。

• 天王星

天王星最首先的一個優點，當然就是近了，這意味著難度的降低。

而且，天王星的運行非常詭異，自轉軸和公轉軌道夾角為98°，是太陽系最大的一個（金星不算），所以看起來像是在躺著公轉。首先，科學家想知道的，就是它為何會這樣。其次，這種運行會給天王星帶來一系列的影響，使它變得與眾不同，比如磁場、大氣等等，這些都是科學家迫切想了解的關鍵。

• 海王星

相比之下，海王星似乎更誘人。首先，它的表面有著很多風暴，其中最著名的就是類似於木星大紅斑的大暗斑，不同之處在於，大紅斑一直存在，而大暗斑時有時無，來去無蹤。

同時，海王星還有一個更巨大的優勢——海衛一。

我們說了，衛星也是冰巨星探索任務的關鍵。而海衛一，堪稱是太陽系最詭異的衛星之一，我們曾經發文介紹過。雖然海王星比天王星溫度高，但海衛一又是太陽系最冷的天體之一，甚至比冥王星還冷，這就非常離奇。而且，科學家懷疑海衛一的地表以下存在也太海洋，這也非常吸引科學家的眼球，因為液態水會讓人們聯想到地外生命。而且，海衛一是一顆地質活躍衛星，地表年齡似乎很年輕，而且還有大量的火山活動——只不過由於溫度太冷，噴出來的都是冰。而它本身的身份，目前也是個謎，很多人懷疑它曾經是和冥王星一樣的獨立天體，後來被海王星的引力所俘獲。

（旅行者2號拍攝後經色彩渲染而成的海衛一照片）

海衛一的獨特性，讓科學家們充滿了好奇。在中國歷史上有一句話，叫做「母以子貴」，海王星就是一個例子。

而且，由於海王星和海衛一的獨特位置，科學家們也不得不考慮優先探索海王星，而且要在2040年之前實現。否則，接下來海衛一要面臨的，是長達80年的黑夜……

2019年，NASA提出了三叉戟計劃，旨在2038年把探測器送到海王星軌道，對其進行研究。

總結

無論從哪個方面來說，人類都應該開啟對冰巨星的探索時代了。正如英國布裡斯託大學的系外行星科學家漢娜·威克福德所說的，目前發現的系外行星有40%都是和冰巨星一樣的體積。因此，對冰巨星的研究不僅有利於對太陽系的研究，更能幫助我們理解其他的星系。

不過，NASA目前正在執行的火星和金星探索任務，都是數十年周期的任務，現在正如火如荼，也是冰巨星探索任務需要解決的問題之一。有些科學家甚至坐不住了，表示：管他什麼火星金星呢，再不去冰巨星就來不及啦！

看樣子，NASA已經意識到冰巨星探索任務的刻不容緩，對海王星更加重視一些。他們表示，2022年的《行星科學十年調查》或將最終敲定這個討論的結果。

歐洲航天局也表示，如果NASA不反對，他們也願意伸出援手，兩家聯手，探索兩顆冰巨星，不知道NASA是否會同意。

那麼，如果只能探索其中一顆，你希望是那一顆呢？