新地平线，飞向远方

2012-06-25高鹏

飞碟探索 2012年3期

■高鹏

美国航空航天局的“新地平线”号是目前正在飞往矮行星冥王星途中的一艘无人探测飞船。“新地平线”号有望成为第一个飞越冥王星及其卫星（冥卫一卡戎、冥卫二尼克斯、冥卫三许德拉及编号为S/2011 P 1的冥卫四），并对它们展开研究的飞船。预计其到达“冥王星——卡戎系统”的时间是2015年7月14日。之后如果在柯伊伯带中能找到一个合适的天体话，那么美国航空航天局还可能让“新地平线”号尝试飞越其中的一个或者多个柯伊伯带天体。

“新地平线”号发射于2006年1月19日，在其最后一个发动机关闭后，它以相对于地球约16.26千米/秒的速度直接进入“地球——太阳系双重逃逸”轨道。因此，“新地平线”号将以有史以来一个人造物体所能达到的最快发射速度离开地球。“新地平线”号已于2006年4月7日飞越了火星轨道，2007年2月28日飞越了木星轨道，2008年6月8日飞越了土星轨道，2011年3月18日飞越了天王星轨道。

而在2012年2月12日，“新地平线”号以15.41千米/秒（或者说以大约3.249个天文单位/年）的速度，在距离太阳21.99个天文单位，而距离地球22.97个天文单位的地方刚刚飞越了天王星轨道。此时“新地平线”号的偏角为-21.44°，赤经为18.483H。它的距离是如此之远，即使是光也需要大约3.03小时才能从地球到达“新地平线”号，这就意味着无线电信号往返一次大约需要用时6.06小时。

“新地平线”号的发射属于美国航空航天局“新前沿任务”范围内的首次发射，“新前沿任务”比“发现者号任务”规模更大、花费更多，但其规模比“旗舰计划”要小。“新前沿任务”为期15年（2001年—2016年），其经费（包括飞船及其仪器开发、运载火箭、任务操作、数据分析以及所延伸的培训/公共开支）大约6.5亿美元。先前计划中的“冥王星任务”——“冥王星—柯伊伯带快车”——因预算原因于2000年被美国航空航天局取消。更多相关信息及其历史背景概览大家可在IEEE（即美国“电气与电子工程师协会”）网站中找到，它能让你了解更深层次的背景及细节，同时该网站还有关于“飞越木星”的更多细节。

发射台上的“新地平线号”

“新地平线”号主要由西南研究所（SwRI）及约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）建造。该任务的负责人是艾伦·斯特恩。“新地平线”号在与运载火箭分离之后的总体控制，由位于应用物理实验室的主运行中心进行操作。其所携带的科学仪器由位于美国科罗拉多州博德镇的“克莱德·汤博科学操作中心”（T-SOC）进行操作。对“新地平线”号的导航当然不是实时的，是在各承包商的设备上进行操作的。KinetX公司是“新地平线”号导航团队的领导者，负责计划中“新地平线”号飞向外太阳系时的轨道调整。

原计划“新地平线”号要进行的是一次飞向太阳系中唯一未曾被探索过的行星的星际之旅。因为在“新地平线”号发射时，冥王星还被看做是一颗行星，后来被国际天文联合会（IAU）重新归为矮行星一类。但“新地平线”号团队的一些成员，包括艾伦·斯特恩，并不赞同国际天文联合会的定义，仍将冥王星描述为太阳第的第九大行星。新发现的冥王星卫星——尼克斯（冥卫二）和许德拉（冥卫三）——与“新地平线”号也有关系：它们各自名字的首字母N（尼克斯Nix）和H（许德拉Hydra），正是“新地平线”号（NewHorizons）的首字母。资料显示，冥卫二与冥卫三均是“新地平线”号发现，并用其首字母命名的。这也是除了神话传说中普路托（冥王星英文名Pluto的音译，意为冥王、阴间之神）与尼克斯（冥卫二英文名Nix的音译，意为水中女妖，一半像人，一半像鱼，住在美丽的水晶宫里，对人很不友善）和许德拉（冥卫三英文名Hydra的音译，意为守卫地狱的九头蛇）的关系之外，这些卫星的发现者给它们选择名字的原因（即用“新地平线”号的首字母为其新发现的冥王星卫星命名）。

除了科学仪器之外，“新地平线”号这趟还带了几件“文化产品”。其中包括一部储存于CD光盘上的记录有434738个人名的名字大全，一个美国缩尺复合体公司的“太空船1”号（模型），还有一面美国国旗及其他纪念品。“太空船1”号是私人资助并研发成功的第一艘空天飞机，由鲁坦以及美国缩尺复合体公司制造，资助者是美国微软公司创办人之一保罗·艾伦。“新地平线”号减掉的重量中有一个佛罗里达州的25美分硬币。佛罗里达州25美分硬币，于2004年3月9日发行，在美国各州硬币系列中列第27个，为集币爱好者所推崇，上面铸有纪念美国航空航天的内容，原计划由“新地平线”号携带升空，最终因为给“新地平线”号减重而被取消。

为了纪念冥王星的发现，“新地平线”号还带上了一盎司（28.35克）冥王星发现者克莱德·汤博的骨灰，而在各种科学仪器中有一个（尘埃计数器）以维妮夏·伯尼的名字命名，在冥王星被发现之后正是这个孩子建议将其命名为“冥王星”（维妮夏·伯尼：“冥王星”命名的建议者，英国女孩，时年11岁）。

木星观测

此次“新地平线”号飞越（木星），将进入距离木星32个木星半径（3兆米）之内，这是为期4个月的密集观测活动的重中之重。木星是一个很有趣的、千变万化的星球，自“伽利略计划”结束以后，我们只能断断续续地对木星进行观测。“伽利略”号木星探测器是美国航空航天局第一个直接专用探测木星的航天器，1989年10月18日，由“阿特兰蒂斯”号航天飞机送入轨道。“新地平线”号还拥有利用最新科技制造的各种仪器，特别是在照相、摄像方面的仪器。它们要远比“伽利略”号上的相机先进的多，是“旅行者”号行星际探测器上相机的升级版，而“旅行者”号行星际探测器上的相机则是“水手”号行星际探测器上相机的升级版。此次与木星的遭遇也被看做是一次与冥王星遭遇的“试水”与“带妆彩排”。因为木星到地球的距离非常短，通信链接可以传送缓冲存储器中的多种数据。因此实际上这次任务从木星系统传送回来的数据，预计要比从冥王星那里传送回来的数据要多。对木星的图像采集始于2006年9月4日，我们只采集了为数不多的几幅木星图像。

此次遭遇的目标主要包括木星大气层研究，而该项目正是在“伽利略”号观测项目中被大幅削减的项目，以及对木星电磁层磁尾的粒子进行读数。巧合的是以“新地平线”号的轨道，它将沿着木星磁尾飞行好几个月。“新地平线”号已对木星背阴面的极光和闪电进行了观测。

“新地平线”号给著名的“卵斑BA”来了个第一张近距离特写，在“卡西尼”号的飞越的时候，它还是一个白色的斑点。

木星的卫星

木星的主要卫星（“伽利略”号发现的4颗木星卫星，又称“伽利略卫星”）所处的位置都很不好。因为“新地平线”号着力于借力飞行，就意味着“新地平线”号是在距离任何一颗“伽俐略卫星”都有数百万千米之外的地方飞过去。然而，“新地平线”号上的仪器是专门用来对微小、昏暗的目标进行观测的，因此，从科学的角度来说，这些仪器对那些虽然遥远，但较大的卫星还是很有用的。远程勘测成像仪搜寻了木卫一艾奥上的火山和流束。成像光谱阵列的红外探测功能探测了各种化学组成包括木卫二欧罗巴，木卫二的冰掺杂物，以及背阴面的温度（包括艾奥上的“热点”。“爱丽丝”紫外线分辨仪探测了极光和大气层，包括环绕艾奥的等离子环。爱丽丝是“新地平线”号上的紫外线分辨仪的名字。小卫星，如木卫五阿马尔塞，都沿着它们精确的轨道运行着。摄像机利用“反相光学导航”的方法来确定他们的位置。