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「新地平線」號:歷經9年,成功飛掠冥王星?

據美國宇航局確認,「新地平線」號冥王星探測器已於美國東部時間7月14日7時50分(北京時間7月14日19時50分)成功從距冥王星12500千米處飛掠,成為人類首顆造訪冥王星的探測器。


美國「新地平線」號探測器於2006年1月19日發射,經過近10年的飛行,行程約50億千米,成功抵達了冥王星及其衛星系統。由於冥王星的距離非常遙遠,即便「新地平線」號探測器發出的信號以光速前進,抵達地球仍然需要4小時20分鐘。


冥王星是一顆處於太陽系邊緣的小天體,直徑僅為月球的三分之二。它圍繞太陽運行一圈需要247.68個地球年。自人類發現冥王星以來,它才轉了三分之一圈。「新地平線」號在近距離觀測冥王星之後,不會駐足停留,它將繼續深入「柯伊伯帶」進行探索。

飛往冥王星的「特快」


美國「新地平線」號發射升空,在最後關閉引擎時,相對於地球的速度達到了16.26千米/秒,成為最快速度離開地球的人造物體,比1977年發射的「旅行者」深空探測器離開地球時的速度還要快。


「新地平線」號:歷經9年,成功飛掠冥王星?「新地平線」號發射時,在關閉引擎後相對於地球的速度達到了16.26公里秒,成為最快離開地球的人造物體。


由於超高速飛行,「新地平線」號在發射後9個小時就飛越了月球軌道,而當年「阿波羅」載人飛船飛往月球則用了3天。

2007年2月28日,「新地平線」號飛掠木星時獲得了引力助推,速度增加了4千米/秒,使其相對於太陽的速度達到了23千米/秒,大大縮短了飛往冥王星的時間。


為什麼只是飛掠冥王星而不進入繞飛軌道?


「新地平線」號是按照美國宇航局推行的小型化、低成本及多功能的指引原則設計的。為了能夠讓「新地平線」號在不到十年時間內抵達冥王星,該探測器只有一架鋼琴大小,總質量僅470千克。


由於冥王星的引力太弱,如果探測器「剎車」減速到能被冥王星引力場捕獲的速度,那麼需要大量的燃料,這就大大增加發射重量,違背設計理念。而飛掠探測也可以提供有關冥王星及其衛星系統的大量資料,並且還可以繼續深入「柯伊伯帶」進行探測。


「新地平線」號搭載的儀器

「新地平線」號搭載了七種主要的科學儀器:能量粒子譜儀;太陽風測量儀;遠程勘測成像儀;無線電科學實驗儀;紫外成像光譜儀;可見光-紅外成像儀和宇宙塵分析儀。藉助這些設備,「新地平線」號可以探測冥王星的地形地貌、化學成分、溫度、大氣壓等等重要參數。每一種儀器的功率大約在2瓦到10瓦,與一盞小夜燈的功率相仿。


「新地平線」號:歷經9年,成功飛掠冥王星?「新地平線」號無法使用通常的太陽能電池板供電,而是採用「放射性同位素核電源」(左)。紅圈裡的設備為放射性核池(右上)。含鈈-238的圓柱體由於放射性衰變產生的熱量而發出紅光(右下)


由於冥王星距離太陽太過遙遠,「新地平線」號無法使用通常的太陽能電池板供電,而是採用「放射性同位素核電源」(RTG)。這個核電源是利用11千克的鈈238衰變產生的熱能來發電。在發射的時候,RTG的發電功率為250瓦,理論上每過四年功率下降5%,目前功率降低到了大約200瓦。相似的核電源曾用在「旅行者」深空探測器以及宇航員登陸月球的時候。


「新地平線」號搭載的「紀念品」


除了攜帶的各項科學設備以外,「新地平線」號還搭載了許多有特別意義的「紀念品」。它們跟隨「新地平線」號一起飛掠冥王星。其中包括冥王星發現者克萊德·湯博(Clyde Tombaugh)的30克骨灰;一張包含434738人名字的CD (這是由網民自主提交的);一面美國國旗;美國佛羅里達州的一枚25美分硬幣等等。

冥王星由大行星降級為「矮行星」


在20世紀早期,海王星軌道異常導致很多天文學家認為,在太陽系外圍一定存在第九顆行星。1930年2月18日,冥王星最終由美國天文學家克萊德·湯博所發現,此後一直與其它八大行星並稱為第九大行星。在2006年8月24日國際天文學聯合會大會上,冥王星從大行星中除名,被降級為「矮行星」(Dwarf planet),這是為什麼呢?


「新地平線」號:歷經9年,成功飛掠冥王星?冥王星於1930年2月18日 由克萊德·湯博根據美國天文學家發現。


由於冥王星距離太遙遠,在發現初期,人們對它的細節知之甚少,只知道它大約250年繞太陽一周,當時還錯估了冥王星的質量,以為質量比地球還大,所以將它列入大行星。然而,經過近30年的進一步觀測,人們發現它的直徑只有2300公里,比月球還要小。

在2006年,國際天文聯合會立下了行星的新定義:1.必須圍繞太陽運行;2.質量必須足夠大,能在自身重力的作用下呈球形。3.必須清空其軌道周圍的物體。


按照新定義,冥王星不符合第三條,所以國際天文聯合會決定,將冥王星歸為「矮行星」,從大行星中除名。


冥王星和它的小夥伴


冥王星和它的衛星卡戎(Charon)構成一個雙星系統,它們圍繞共同的質心旋轉,質心的位置在兩者連線的八分之一處(靠近冥王星一側),這是因為冥王星的質量是卡戎的八倍。


「新地平線」號:歷經9年,成功飛掠冥王星?「新地平線」號7月8日拍攝的冥王星和衛星卡戎


除了卡戎之外,目前已知冥王星還有四顆衛星:尼克斯(冥衛二)、許德拉(冥衛三)、瑟伯勒斯(冥衛四)和斯蒂克斯(冥衛五)。這些衛星的名字均來自希臘神話,分別是冥河船夫、冥界黑暗女神、九頭蛇、地獄三頭犬和冥河的名字。


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