新视野号近距离掠过冥王星 即将回传数据

2015年07月14日22:05   新浪科技 微博    收藏本文     
这是新视野号在7月14日当天北京时间凌晨4点拍摄的最新冥王星图像,这也是迄今清晰度最高的冥王星图像  这是新视野号在7月14日当天北京时间凌晨4点拍摄的最新冥王星图像,这也是迄今清晰度最高的冥王星图像
作为对比,这是哈勃空间望远镜拍摄的冥王星图像。长久以来,因为太远太小,冥王星在人们的印象中就是一个不起眼的光点,即便强大如哈勃空间望远镜也只能看到模糊的画面,却无法辨认出任何细节  作为对比,这是哈勃空间望远镜拍摄的冥王星图像。长久以来,因为太远太小,冥王星在人们的印象中就是一个不起眼的光点,即便强大如哈勃空间望远镜也只能看到模糊的画面,却无法辨认出任何细节

  新浪科技讯 北京时间7月14日晚间消息,根据各方的最新报道,截止到目前,美国宇航局新视野号探测器应该已经从冥王星附近飞过,从而实现了人类历史上首次对这颗曾经的“第九大行星”的探测。然而在此期间新视野号将会全程保持沉默,不会向地球发送数据,因为最接近冥王星的时间很短暂,新视野号必须抓紧时间收集数据。今晚近距离飞掠期间所采集的相关数据与最新图像最早将在明天上午8:53分左右回传地球。

  为了这一刻,新视野号探测器已经在太空中飞行了漫长的9年多时间,飞行距离超过50亿公里。按计划,新视野号飞船应该是从距离冥王星表面约1.25万公里的地方飞过,这个距离仅相当于地球与月球之间距离的1/30。

  在过去的一周时间里,新视野号不断传回的冥王星最新图像让人们首次能够隐约分辨出这颗太阳系边缘遥远星球地表上的一些特征。比如在冥王星上可以隐约识别出撞击坑和一个类似心形的明亮区域,另外在前几日传回的图像中似乎还能见到在冥王星靠近赤道的区域上存在一个形状像是一条鲸鱼的暗色区域。

新视野号探测器拍摄的冥王星和冥卫一卡戎新视野号探测器拍摄的冥王星和冥卫一卡戎

  太阳系边缘载入史册的飞掠行动

  而随着与冥王星之间的距离越来越近,新视野号探测器拍摄的图像分辨率还将进一步提高。据新视野号探测器项目首席科学家,美国宇航局西南研究所的阿兰·斯特恩(Alan Stern)博士在接受采访时所言,尽管在过去几周时间里新视野号探测器传回的冥王星及冥卫图像质量已经超过了哈勃空间望远镜此前获取的最佳质量图像,但当探测器从最近距离上飞越冥王星时,其相机获取的图像清晰度还将提升100倍以上,我们将目睹分辨率和解析度前所未有的冥王星画面。甚至在某些图像上,其成像质量将能有1万倍的提升。

  不过,尽管新视野号探测器抵达与冥王星之间的最近距离时间是在北京时间的今晚19:49前后,但在此期间探测器并不会向地球回传任何图像或其他数据,因为新视野号的飞行速度高达每小时5万公里,因此其处于接近冥王星的理想观测位置上的时间很短,它必须全力以赴做好观测和科学数据的采集工作,并将所采集到的数据存储到星上存储器中,在那之后才会开始陆续将数据和图像回传地球。

  另外,由于在冥王星开展的部分探测项目需要地面信号上传,具体而言,需要在任务期间从地面向探测器发送无线电信号,以便开展对冥王星大气层性质与成 分的测量。因此,在北京时间今天(7月14日)下午的16:30~18:30左右,美国宇航局深空网(DSN)调用7台大型天线向冥王星发射信号,这一无 线电信号经过4.5小时的漫长飞行抵达新视野号探测器。此时新视野号将恰好位于冥王星背后,于是无线电信号在传播过程中将擦着冥王星边缘通过,并在此过程 中经过冥王星的大气层。据此,新视野号探测器将能够获得有关冥王星大气层性质与成分的大量珍贵信息。

  美国宇航局新视野号探测器任务控制中心 主管爱丽斯·鲍曼在接受采访时表示,新视野号探测器在完成与冥王星最近距离交会阶段的探测任务后将会调转高增益天线并开始向地球回传大约持续15分钟的信 号。这些信号也将需要经过4.5小时之后才能传回地球。预计我们将在明天(7月15日)上午9点之前看到第一批传回的数据,更精确的说是在北京时间上午的 8:53左右。

  届时美国宇航局位于西班牙马德里的深空网测控站将锁定这些信号并进行接收。根据这些信号与数据,美国宇航局的工程师们将分析判断新视野号探测器目前的健康状况以及在其存储器中目前存储有多少数据量。

北京时间2006年1月20日,新视野号探测器从美国卡纳维拉尔角发射升空,踏上近10年,超过50亿公里飞往冥王星的漫漫征途  北京时间2006年1月20日,新视野号探测器从美国卡纳维拉尔角发射升空,踏上近10年,超过50亿公里飞往冥王星的漫漫征途

  经历近10年的漫长飞行,新视野号探测器将只是从冥王星附近空间高速通过,而不会进入冥王星轨道。这是因为新视野号是人类有史以来发射的速度最高的探测器,目前新视野号的飞行速度高达每小时5万公里。而另一方面冥王星的质量又实在太小了——地球表面的引力是1g,而冥王星地表引力是0.067g,因此如果要想让新视野号进入冥王星轨道则几乎需要让新视野号完全停下来才行。若想让新视野号减速到能够被冥王星引力捕获的程度,那就几乎需要在新视野号前面安装一枚宇宙神火箭并反方向点火反冲才行,显然这是不可能做到的。而如果用新视野号现有的推进系统实现减速,那么就将需要连续点火制动长达17天!这将需要消耗大量的燃料,可是,新视野号根本就不可能那么多燃料。

  在被重新定义为矮行星之前,冥王星曾经是经典的“太阳系九大行星”之一。此次成功地交会将完成人类探测器对全部这“九大行星”的探测考察工作,即这9颗星球都至少被一颗人类探测器造访过。此前人类探测器造访的最后一颗大行星是海王星。1989年,美国宇航局的旅行者2号探测器抵达这里,对这颗星球进行了考察工作,并在完成探测任务之后继续朝着太阳系外部的深空飞行。

艺术示意图:飞行在冥王星附近的新视野号探测器艺术示意图:飞行在冥王星附近的新视野号探测器
新视野探测器项目任务徽标新视野探测器项目任务徽标

  初步科学探测结果

  在近日举行的新闻发布会上,新视野号探测器项目组公布了一些最初步的冥王星系统科学探测结果,主要有以下几个要点:

  根据新视野探测器获取的最新图像测算,大大降低了此前对冥王星直径数据估算中存在的不确定性。据新视野号探测项目首席科学家阿兰·斯特恩表示:冥王星的半径最新测定数据约为1185 +/- 10公里,因此其直径就是2370 +/- 20 公里。

  这一直径数据意味着冥王星要比阋神星更大,也就意味着冥王星是柯伊伯带已知最大的天体。由于阋神星没有大气层,我们可以借助掩星方法得到非常精确的直径测量数据:2336 +/- 12公里。

  不过,冥王星的直径比原先的测定数值更大也就意味着冥王星的密度更低,也就意味着其组成成分中水冰的含量要比原来估算的更高。但到目前为止所有这些结果都还只是非常粗略的,更加精确的结果还需要等待一段时间。但这一初步结果已经让冥王星和阋神星之间的密度差异更加扩大(阋神星的质量要比冥王星大27%左右),表明两者的形成历史存在很大差异。

  而冥王星比原先更大的直径数据也意味着它的大气层要比原先设想的更薄,其大气的最底层(对流层)的深度也要低于原有估计。大气科学家们还需要一定的时间才能判断这一探测结果对于他们手中现有的冥王星大气模型意味着什么。

  在接下来的几天时间里,随着更高分辨率图像的下载,冥王星的直径数据将被更加精确的测定。同时斯特恩也提到他们利用相同的方法测定了冥卫一卡戎的直径大小。此前利用掩星方法已经得到了卡戎的直径数据为602.4 +/- 1.6公里,斯特恩表示,新视野号探测器的结果“证实了这一说法”。

  新视野号探测器对冥王星地表物质成分的测定结果证实冥王星拥有一个极冠,其主要成分是甲烷和氮形成的冰。人们在此之前便已经猜测冥王星上可能存在极冠,但此次新视野号探测器则是首次清楚地将这一结构与其他区域区分开来并确认其极冠冰盖的确存在。斯特恩表示:“这些首次获得的不同区域成分测量数据让我们得以了解到冥王星的极冠区域的成分与其他暗色区域的成分之间是存在显著差异性的。”

  在抵达最近位置之前的5天,新视野号探测器发现冥王星大气中有氮离子正在向外逃逸。目睹这一现象本身并不令人感到意外,但在如此早的时间目睹这一现象则有些出乎科学家们的预料。他们原先预计还需要再过24~48小时(即还需要再靠近约100~250万公里)才能观察到这一现象。那么现在得到这样的结果只有两种可能性,要么说明冥王星大气物质的逃逸率要高于科学家们此前的预计,或者就是这种逃逸是基于一种完全不同的机制发生的。

  在新闻发布会的最后,斯特恩进一步就这个问题做了阐述,他提到:“(发生这种现象)要么是逃逸率比较高,要么就是某种将中性粒子转换为离子的机制具有很高的效率,再或者就是存在某种机制,能够使得大量离子加速逃逸。”在木星,科学家们注意到其电离层非常不均匀,在某些区域上硫离子和氧离子的浓度较高。而此次新视野号探测器项目组的科学家们注意到还不能确认在冥王星上是否也存在类似的现象,可能还需要更多时间去揭晓答案。

  冥王星系统基本资料:

  冥王星(Pluto)为太阳系内已知质量第二大的矮行星(仅次于阋神星),直径约2300公里(相比之下,月球直径约3470公里),它也可能是柯伊伯带中体积最大的天体,由美国天文学家克莱德·汤博(Clyde William Tombaugh)在1930年最先发现。

  一般认为冥王星的主要成分是水冰和岩石。其轨道公转周期约247.68年,近日距29.657AU(天文单位),远日距48.871AU。冥王星拥有5颗已知卫星,分别是冥卫一(Charon)、冥卫二(Nix)、冥卫三(Hydra)、冥卫四(Kerberos)以及冥卫五(Styx)。

  冥王星原先被认为一颗大行星,与其他8颗大行星一同组成经典的“太阳系九大行星”。但在2006年8月24日在捷克首都布拉格举行的第26届国际天文学联合会会议上,经过激烈争论,正式规定了大行星的严格定义,即大行星必须符合以下三大条件:

  1) 围绕太阳运行;

  2) 拥有足够质量,能够达到流体静力学平衡(应接近球形);

  3) 已经清空了轨道周围区域;

  根据以上定义,冥王星被剔除出了大行星的行列并被降格为矮行星。

  新视野号探测器基本资料:

  新视野号探测器(New Horizons)是美国宇航局“新边疆计划”(New Frontiers program)旗下项目,由美国宇航局西南研究所及约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)共同研制。西南研究所的阿兰·斯特恩博士担任项目的首席科学家。

  新视野号探测器于2006年格林尼治标准时1月19日19:00(北京时间1月20日凌晨3:00)使用一枚“宇宙神”V-551火箭从美国卡纳维拉尔角航天中心发射升空,目的旨在实现人类首次对冥王星以及柯伊伯带天体的探测任务,截止目前这艘飞船已经在太空中飞行超过9年零5个月的时间。

  具体而言,新视野号探测器的任务目标包括以下几点:

  1) 确定冥王星及冥卫一“卡戎”的地表物质成分;

  2) 探测冥王星及冥卫一的地质及地形情况;

  3) 探测冥王星的中性大气并测量其大气散逸率;

  4) 搜寻冥卫一周围可能存在的大气层;

  5) 测量冥王星及冥卫一的地表温度;

  6) 搜寻冥王星周围可能存在的光环系统和其他未发现的卫星;

  7) 在完成对冥王星的探测任务之后,继续飞往另一颗柯伊伯带天体并开展类似的观测工作;

  为实现这些探测目标,新视野号探测器搭载了相应的科学载荷,主要包括7台探测设备,分为3台光学探测设备,2台等离子探测设备,一台尘埃探测设备以及一台无线电探测设备,具体如下:

  1) 远距勘测相机(Long Range Reconnaissance Imager , LORRI)

  远距勘测相机的主要设计目标是实现可见光波段在远距离上的高分辨率成像。该设备包含一台高分辨率1024*1024单色CCD以及208.3 mm光圈,设备整体重量约8.6公斤。

  2) 冥王星太阳风探测器(Solar Wind At Pluto ,SWAP)

  这是一台环形的静电和电势分析器,其可以对能级最高达到6.5 keV的带电粒子进行分析。

  3) 冥王星高能粒子谱仪(Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation ,PEPSSI)

  这是一台离子与电子探测器,与SWAP一同构成了新视野号探测器上的“等离子与高能粒子谱仪设备包”(PAM)。但不同于SWAP,这台设备可以对能级高达1 MeV的粒子进行分析。

  4) Alice

  这是一台紫外波段成像谱仪,工作在50~180nm的极紫外成像波段,其目标是获得冥王星大气的成分信息。

  5) 拉尔夫望远镜(Ralph telescope)

  这是一台口径6厘米的望远镜,它与Alice设备一同构成新视野号探测器上搭载的“冥王星探测遥感设备包”(PERSI)。Ralph拥有两个通道,分别是一台可见光波段CCD成像仪(MVIC)以及一台近红外波段成像光谱仪(LEISA)

  6) 学生尘埃计数器(Student Dust Counter ,SDC)

  这是新视野号探测器上的一大亮点——正如其名字显示的那样,这台设备是由美国科罗拉多大学波尔多分校的学生们设计研制的,它将开展连续的尘埃环境测量工作。其主体是一块460 mm × 300 mm的探测板,安装在探测器前进的方向上。

  7)无线电科学实验设备(Radio Science Experiment ,REX)

  这台设备将使用超稳晶体振荡器以及一些其他的电子辅助设备,在通讯波段开展无线电科学调查。(晨风)

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文章关键词: 冥王星新视野号

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