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目前，在太陽系最大的行星——木星身邊，有NASA的朱諾號(hào)探測(cè)器持續(xù)環(huán)繞觀測(cè)。NASA與歐洲航天局等合作的卡西尼號(hào)探測(cè)器，也在前幾年剛剛完成使命?？墒?，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(jī)會(huì)到來了，NASA在等什么…… 冰巨星的發(fā)現(xiàn)1781年，英國(guó)天文學(xué)家赫歇耳發(fā)現(xiàn)了天王星，這是人類歷史上首次用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，大大改變了人類的認(rèn)知。 在發(fā)現(xiàn)天王星后，科學(xué)家們對(duì)它進(jìn)行了觀測(cè)?？墒?，奇怪的是，天王星的運(yùn)行始終和天文學(xué)家的理論計(jì)算有偏差。后來，勒維耶和亞當(dāng)斯兩個(gè)人同時(shí)意識(shí)到，這可能是天王星軌道外的另一顆行星所產(chǎn)生的引力所導(dǎo)致的運(yùn)行偏差，并著手推算這顆行星的軌道。1846年，這顆行星果然被發(fā)現(xiàn)，這就是海王星。 天王星和海王星是太陽系目前最遠(yuǎn)的兩顆行星，前者距離太陽19.3個(gè)天文單位，幾乎是土星的兩倍；海王星更夸張，距離太陽接近29個(gè)天文單位。由于距離太陽過于遙遠(yuǎn)，所以它們都是極其寒冷的星球，故而合稱為冰巨星。 現(xiàn)在我們知道，天王星的直徑約為51118公里，質(zhì)量是地球的15倍左右；海王星直徑略小，約為49532公里，質(zhì)量卻稍占上風(fēng)，是地球的17倍?？吹贸鰜?，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(lán)色。因此，這兩顆冰巨星又被天文學(xué)家看成是行星中的孿生姐妹。 對(duì)于當(dāng)時(shí)的天文學(xué)家來說，這個(gè)距離實(shí)在是只能望洋興嘆，盡力提高望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)，才能遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看上它們一眼。到了20世紀(jì)，情況就不一樣了…… 拜訪冰巨星1977年8月20日，美國(guó)的旅行者2號(hào)探測(cè)器在肯尼迪航天中心成功發(fā)射升空。經(jīng)過8年多的星際航行，終于在1986年1月份抵達(dá)天王星，這是人類歷史上第一次有探測(cè)器前往天王星。 在對(duì)天王星進(jìn)行了短暫的拜訪之后，旅行者2號(hào)調(diào)轉(zhuǎn)方向，向海王星飛去。3年后，它來到了海王星，開始對(duì)海王星進(jìn)行觀測(cè)。同樣的，海王星也只是它“生命中的過客”，它的目標(biāo)只有太陽系的邊緣。很快，旅行者2號(hào)就離開海王星，繼續(xù)前往宇宙的深處。 （圖為旅行者2號(hào)拍攝的海王星及海衛(wèi)一的合照） 從此，人類回到了只能通過望遠(yuǎn)鏡來觀測(cè)它們的原點(diǎn)。到現(xiàn)在，已經(jīng)過去30多年了…… 重返冰巨星自從旅行者2號(hào)匆匆和兩顆冰巨星擦肩而過之后，人們就沒有停止過對(duì)重返冰巨星的期待。 在2017年的時(shí)候，《新科學(xué)家》表示NASA正在討論關(guān)于重返冰巨星的計(jì)劃。他們希望，在10-20年內(nèi)能夠執(zhí)行這個(gè)計(jì)劃，并在2034年左右發(fā)射探測(cè)器。 為什么是2034年呢？因?yàn)椴煌男行怯胁煌奶剿鞔翱谄?。所謂的窗口期，就是行星和地球由于公轉(zhuǎn)速度的差別，只有較短的時(shí)期內(nèi)比較接近地球，此時(shí)發(fā)射探測(cè)器最簡(jiǎn)單，也最節(jié)省能源。比如火星的窗口期，大約是26個(gè)月。 天王星的窗口期相對(duì)更長(zhǎng)一些，因?yàn)閷?duì)于探索天王星來說，天文學(xué)家還要考慮一個(gè)因素——木星引力彈弓。木星的引力彈弓大家應(yīng)該比較熟悉了，就是利用木星公轉(zhuǎn)的速度，帶動(dòng)航天器，同樣可以節(jié)省航天器能源，也可以提高其速度?；鹦窃谀拘莾?nèi)側(cè)，我們探索火星是不會(huì)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(jì)算在內(nèi)了。 目前看來比較有可能執(zhí)行探索任務(wù)的下一個(gè)窗口期，大概就是2034年了。如果2034年不能發(fā)射探測(cè)器，就要等到2041年。 而對(duì)于海王星來說，2026年將是一個(gè)機(jī)會(huì)。不過，考慮到7年的航行期，看樣子我們是已經(jīng)錯(cuò)過了。下一次機(jī)會(huì)，是在2031年發(fā)射，利用絕佳的機(jī)會(huì)借助木星的力量，于2038年抵達(dá)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(zhí)行。 不過，這不代表我們現(xiàn)在不需要著急。恰恰相反，如果NASA真的有這個(gè)計(jì)劃，現(xiàn)在就要盡快布局了。因?yàn)檫@么巨大的項(xiàng)目，沒有10年是根本準(zhǔn)備不完的。因此，雖然最近探索冰巨星的計(jì)劃再度提上議事日程，但其實(shí)和3年前是同一個(gè)項(xiàng)目。 探索目標(biāo)首先，探索目標(biāo)就是必須要明確的。 根據(jù)“冰巨星”預(yù)研組主任艾米·西蒙表示，他們對(duì)冰巨星研究的主要目標(biāo)，定在了四個(gè)方面：行星環(huán)、衛(wèi)星、氣氛和磁層。表面看是4個(gè)主要任務(wù)，但其實(shí)仔細(xì)展開的話，是非常多的小任務(wù)。 實(shí)際上，關(guān)于天王星和海王星，有太多的未解之謎等著被揭開。我們大致羅列幾點(diǎn)：
為何遲遲不執(zhí)行任務(wù)說到這里，很多人會(huì)納悶：既然冰巨星有如此多的未解之謎，為何科學(xué)家30年來都不回去看看呢？如今想要發(fā)射探測(cè)器去冰巨星，難點(diǎn)到底在哪呢？ 首先，就是動(dòng)力問題。我們知道，目前人類最高效的能源，就是核能了。不過，由于國(guó)際條約對(duì)濃縮钚的限制，钚-238為動(dòng)力的原子電池材料供應(yīng)不足，這給NASA帶來了很大的麻煩。畢竟，如果沒有核動(dòng)力，而是僅僅靠太陽能的話，航天器基本飛不出10個(gè)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(cè)器——新地平線號(hào)，動(dòng)力來源為核動(dòng)力，利用放射性同位素二氧化钚自然衰變時(shí)所釋放出來的熱，以熱電偶形式發(fā)電） 其次，就是我們說到的窗口期，科學(xué)家必須把握好時(shí)機(jī)，才能發(fā)射探測(cè)器。當(dāng)然，這個(gè)不算是難題，只是對(duì)時(shí)間有點(diǎn)限制罷了。 第三，也是非常重要的，那就是錢——沒錢去什么外太空，玩什么說走就走的旅行？眾所周知，雖然特朗普同志很重視太空發(fā)展，但是NASA的各種科研導(dǎo)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(yuǎn)鏡也因此一拖再拖。 因此，接下來他們可能要面臨的一個(gè)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(xué)家們遲遲下不了決心。聽說，在NASA科學(xué)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(yuǎn)了。 但是，這兩顆冰巨星孰重孰輕，還真的是不好判斷。 咱們細(xì)說說。
天王星最首先的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然就是近了，這意味著難度的降低。 而且，天王星的運(yùn)行非常詭異，自轉(zhuǎn)軸和公轉(zhuǎn)軌道夾角為98°，是太陽系最大的一個(gè)（金星不算），所以看起來像是在躺著公轉(zhuǎn)。首先，科學(xué)家想知道的，就是它為何會(huì)這樣。其次，這種運(yùn)行會(huì)給天王星帶來一系列的影響，使它變得與眾不同，比如磁場(chǎng)、大氣等等，這些都是科學(xué)家迫切想了解的關(guān)鍵。
相比之下，海王星似乎更誘人。首先，它的表面有著很多風(fēng)暴，其中最著名的就是類似于木星大紅斑的大暗斑，不同之處在于，大紅斑一直存在，而大暗斑時(shí)有時(shí)無，來去無蹤。 同時(shí)，海王星還有一個(gè)更巨大的優(yōu)勢(shì)——海衛(wèi)一。 我們說了，衛(wèi)星也是冰巨星探索任務(wù)的關(guān)鍵。而海衛(wèi)一，堪稱是太陽系最詭異的衛(wèi)星之一，我們?cè)?jīng)發(fā)文介紹過。雖然海王星比天王星溫度高，但海衛(wèi)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(xué)家懷疑海衛(wèi)一的地表以下存在也太海洋，這也非常吸引科學(xué)家的眼球，因?yàn)橐簯B(tài)水會(huì)讓人們聯(lián)想到地外生命。而且，海衛(wèi)一是一顆地質(zhì)活躍衛(wèi)星，地表年齡似乎很年輕，而且還有大量的火山活動(dòng)——只不過由于溫度太冷，噴出來的都是冰。而它本身的身份，目前也是個(gè)謎，很多人懷疑它曾經(jīng)是和冥王星一樣的獨(dú)立天體，后來被海王星的引力所俘獲。 （旅行者2號(hào)拍攝后經(jīng)色彩渲染而成的海衛(wèi)一照片） 海衛(wèi)一的獨(dú)特性，讓科學(xué)家們充滿了好奇。在中國(guó)歷史上有一句話，叫做“母以子貴”，海王星就是一個(gè)例子。 而且，由于海王星和海衛(wèi)一的獨(dú)特位置，科學(xué)家們也不得不考慮優(yōu)先探索海王星，而且要在2040年之前實(shí)現(xiàn)。否則，接下來海衛(wèi)一要面臨的，是長(zhǎng)達(dá)80年的黑夜…… 2019年，NASA提出了三叉戟計(jì)劃，旨在2038年把探測(cè)器送到海王星軌道，對(duì)其進(jìn)行研究。 總結(jié) 無論從哪個(gè)方面來說，人類都應(yīng)該開啟對(duì)冰巨星的探索時(shí)代了。正如英國(guó)布里斯托大學(xué)的系外行星科學(xué)家漢娜·威克福德所說的，目前發(fā)現(xiàn)的系外行星有40%都是和冰巨星一樣的體積。因此，對(duì)冰巨星的研究不僅有利于對(duì)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(zhí)行的火星和金星探索任務(wù)，都是數(shù)十年周期的任務(wù)，現(xiàn)在正如火如荼，也是冰巨星探索任務(wù)需要解決的問題之一。有些科學(xué)家甚至坐不住了，表示：管他什么火星金星呢，再不去冰巨星就來不及啦！ 看樣子，NASA已經(jīng)意識(shí)到冰巨星探索任務(wù)的刻不容緩，對(duì)海王星更加重視一些。他們表示，2022年的《行星科學(xué)十年調(diào)查》或?qū)⒆罱K敲定這個(gè)討論的結(jié)果。 歐洲航天局也表示，如果NASA不反對(duì)，他們也愿意伸出援手，兩家聯(lián)手，探索兩顆冰巨星，不知道NASA是否會(huì)同意。 那么，如果只能探索其中一顆，你希望是那一顆呢？ |
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