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。這個遠(yuǎn)程星際飛行將在眨眼間結(jié)束。但如果成功的話，這個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。你可能還記得這個著名的機器人：它是2015年夏天第一個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)備好迎接另一個遙遠(yuǎn)的目標(biāo)，一塊綽號為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。這是一個與紐約市相當(dāng)?shù)暮涮祗w，在太陽系的一個被稱為柯伊伯帶的地區(qū)軌道運行。這個位于海王星軌道之外的空間區(qū)域可能充滿了數(shù)百萬個小型凍結(jié)物體。它有點像一個超級遙遠(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 - 太陽系誕生時剩下的殘余物。當(dāng)行星在45億年前首次形成時，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。

那是因為它們太小了，離太陽太遠(yuǎn)了?？乱敛畮祗w非常冷 - 僅比絕對零度高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)十億年的時間凍結(jié)了。而且它們非常小，以至于它們內(nèi)部也不會發(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。這意味著它們就像微型時間膠囊一樣，提供了當(dāng)我們的行星系統(tǒng)首次出現(xiàn)時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時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將是一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因為它太小而且距離很遠(yuǎn)，所以很難從地球上看到和追蹤物體。New Horizo??ns團隊只有一次機會讓這次飛行正確。該航天器目前以每小時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。而且因為做這些飛行中的一個是一個非常復(fù)雜的企業(yè)，所以有數(shù)百個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，之后可能會經(jīng)過第二個柯伊伯帶天體。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物體足夠接近冥王星是新秀能目標(biāo)。我們當(dāng)時所知道的所有物品都遙不可及。因此，當(dāng)New Horizo??ns團隊為冥王星做準(zhǔn)備時，他們還在天空中尋找太空船的第二個目的地。最后在2014年，他們使用美國宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡找到了一個目標(biāo)：一個名為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，操作航天器的團隊進(jìn)行了一些路線修正操作，使車輛跟上了與Ultima Thule的會面。

從那時起，新地平線逐漸關(guān)閉在巖石上，由地球團隊指導(dǎo)。它還觀察了柯伊伯帶中的其他遠(yuǎn)處物體，拍攝了機器人拍攝的一些最遙遠(yuǎn)的照片。但是，在幾個月的時間里，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不必要的磨損的方法。它也有點像自動駕駛儀 - 航天器大多只是旅行而且不需要從地面任務(wù)團隊那么多的監(jiān)督。

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與此同時，New Horizo??ns團隊的艱巨任務(wù)是盡可能多地學(xué)習(xí)Ultima Thule?？紤]到大約20英里，我們在地球上可以使用的任何望遠(yuǎn)鏡都太小而且模糊不清。這就是團隊必須要有創(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，看起來有點像兩個壓在一起的土墩?；蛘咚赡苁莾蓚€獨立的巖石，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。這個微小的物體比冥王星小100倍，這使得New Horizo??ns的機載相機更難以提前看到。直到New Horizo??ns或多或少地處于對象之上時，才會出現(xiàn)最好的圖片。“這是直到最后一分鐘的距離點，然后你用手指抓住，然后你從一個點到一個世界，在48小時內(nèi)，”斯特恩說。

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如果一切按計劃進(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)時新地平線位于矮行星表面7,750英里范圍內(nèi)。那時，地球的無線電通信耗時4.5小時到達(dá)新視野。但是現(xiàn)在太空船距離太遠(yuǎn)，需要更長的時間 - 六個小時 - 才能獲得車輛信號。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。

最小的無法預(yù)料的細(xì)節(jié)可能會在最后一分鐘搞砸。例如，就在上個月，New Horizo??ns團隊在他們意識到航天器略微偏離航線時避免了一個潛在的大問題。他們最終意識到每次車輛重新定位以觀察柯伊伯帶中的一個遙遠(yuǎn)的物體時，這一動作都會使New Horizo??ns略微偏離軌道。幸運的是，該團隊及早發(fā)現(xiàn)了這一點，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)計行事：在1月1日美國東部時間上午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，執(zhí)行一系列預(yù)先計劃好的任務(wù)。它會捕捉圖片，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誘人的近距離圖像之前，這將是一個短暫的等待。飛越四小時后，新地平線將向地球發(fā)出信號，讓任務(wù)團隊知道這次遭遇是否成功。由于無線電通信需要六個小時才能到達(dá)我們的星球，如果飛行按計劃進(jìn)行，我們將不會知道10個小時。然后在第一個信號發(fā)出幾個小時后，New Horizo??ns將開始長時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達(dá)兩年的時間。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)動器上找到的存儲容量。但由于航天器的處理能力較低，將一切下行到地球需要長達(dá)20個月的時間。所以新的驚喜和圖片將在整個2019年和2020年繼續(xù)出現(xiàn)。

至于我們在Ultima Thule會發(fā)現(xiàn)什么，任務(wù)團隊不愿意推測。巖石真正屬于太陽系對象的一個??新類別，我們可能找不到先例。但斯特恩樂觀地認(rèn)為我們會看到令人驚奇的東西。“我不做預(yù)測，”斯特恩說。“我在冥王星做出的唯一預(yù)測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，我們不知道我們會看到什么。“