来自太阳系边缘的新年问候

在距离地球40亿英里的地方，一群小星球围绕着我们太阳系的黑暗边缘旋转。太阳离这个地方很远，它看起来还没有星星亮。这是柯伊伯带，一个甜甜圈状的冰状物体环，是我们太阳周围最神秘也是最具科学魅力的空间区域之一。

这条带由数十亿年前太阳行星形成时遗留下来的碎石组成，这些碎石是太阳系诞生的化石记录。几十年来，研究人员一直梦想能近距离观察其中某颗行星，但由于柯伊伯带地处偏远，这个梦想一直未能实现。

但是这种可悲的科学无知即将结束。1月1日，在过去13年里一直远离太阳的美国“新视野号”探测器将掠过柯伊伯带2014 MU69天体，在未来24小时内，它将利用照相机、探测器和扫描仪对这个小世界进行详细的观察。在探测器与其相遇的最后，一个目前在天文学家的望远镜里不过是小圆点的物体，会变成一个充满天文和地质细节的世界。

“我们将找出这个物体是由什么构成的，”新地平线任务的首席研究员艾伦·斯特恩说。“它是怎么建造的?它有大气层吗?它有光环吗?谁知道我们会发现什么。”

在这个过程中，MU69将成为人类迄今为止探索过的最遥远的物体。这应该是一次不同寻常的邂逅——这一点得到了任务控制中心工作人员的认可，他们最近决定给这个小世界一个比它目前单调的天文目录编号更令人难忘的头衔。他们将其重新命名为Ultima Thule——以古代地理学家认为的世界上最偏远的地区命名。(格陵兰和冰岛都是Ultima Thule原址的候选地。)

不到24小时，“新地平线”号就会飞过Ultima Thule，在元旦当天用它的仪器对该星球进行测量。然后，它将开始把它的发现传回地球，为科学家提供有关太阳系早期历史的宝贵数据。然后，在完成了它的历史性任务后，“新地平线”号将进一步深入到人马座大致方向的深空。

斯特恩表示:“关键的一点是，现在一切都在“新地平线”的带领下完美进行。”“我们刚刚对目前的路线做了一次修正，并将有机会在1月1日前再做三次修正。然而，我不知道这些是否有必要——我们已经非常接近我们需要遵循的正确轨道。”

“新地平线”号于2006年1月从卡纳维拉尔角发射升空，并于2007年2月飞越木星，将其速度提高到每小时3万英里以上。在接下来的8年里，它从太阳向外飞向它的主要目标：矮行星冥王星和它的5颗卫星：卡戎、斯提克斯、尼克斯、科波若斯和Hydra。

2015年7月14日，这艘机器人宇宙飞船最终完成了前往冥王星及其卫星的30亿英里旅程，并开始向地球传回数据，这些信息花了4个多小时才抵达任务控制中心，尽管这些信息是以光速传输的。这些信息最终到达地球时所揭示的信息给天文学家们带来了许多惊喜。

许多人曾预计冥王星和它的卫星会被发现是冰冷、死气沉沉的地方。相反，“新地平线“号发现了许多地质活动的迹象，以及冰最近流过冥王星表面的证据。这颗行星上有高耸的冰山和广阔的冰冻氮平原，而在卡戎上发现的一顶红褐色的物质帽是由有机分子组成的，这些有机分子可能是生命的重要组成部分。

冥王星还被发现有一层稀薄的蓝色大气，富含氮。在这样一个遥远的绕日轨道上，这颗行星——以及它的卫星——被证明具有惊人的能量。

斯特恩说:“我们原以为冥王星是一个简单的不活跃的世界，但事实证明它并不比地球或火星复杂。我们还发现它在地质上很活跃，这也是我们没有预料到的。我们原以为冥王星早就失去了地热能，但事实并非如此。”

然而，最让斯特恩激动的是公众的反应。“人们对探测器发现的普遍反应——这让我很吃惊。这是自上世纪80年代以来首次对新行星进行近距离飞行，人们对此非常热情。他们真的被我们的发现吸引住了。公众对太空探索很感兴趣。这鼓舞了我们。”

在展示了冥王星及其卫星的奇观之后，“新地平线”号继续前行，进入柯伊伯带，这是一次额外的旅行，将为其旅行史再增加10亿英里。这个目标被认为是合理的，因为腰带上的物体可以告诉我们很多关于太阳系诞生的信息。

然而，研究这些小星球与研究冥王星或卡戎是完全不同的事情。前者直径约1,470英里，后者约750英里。相比之下，新地平线号的目标——终极北极星——直径可能只有20英里左右，这是柯伊伯带典型的天体。(这条腰带是以荷兰裔美国天文学家杰拉德·柯伊珀的名字命名的，他在1951年的一篇论文中提出了这条腰带的存在。)

2014年，天文学家利用哈勃太空望远镜扫描柯伊伯带，为“新地平线”号即将到来的会合寻找合适的目标，于是发现了Ultima Thule。当时总共有5个候选目标被确定，而Ultima Thule显然是最受欢迎的。“对我们来说，这是柯伊伯带最容易达到的目标，”斯特恩说。“这是一种我们可以使用最少燃料、从而实现储量最大化的方法——这对于应对未来任何无法预见的演习可能至关重要。”

有趣的是，选择Ultima Thule为“新地平线”的成就又增加了一个“第一”。这将是天文学历史上第一个由宇宙飞船研究的天体，而宇宙飞船在该天体被发现之前很久就发射升空了。

自从Ultima Thule的发现以来，随着“新地平线”号加速向这个微小的、完全遥远的世界靠近，科学家们一直在努力寻找更多关于它的信息。哈勃太空望远镜继续它的调查，同时天文学家们试图利用恒星的掩星现象——当一个像Ultima Thule这样的物体经过一颗恒星并干扰它从地球上接收到的光时，恒星掩星现象就会发生。

从这些观察结果来看，科学家们认为Ultima Thule要么是一个直径约20英里的单一天体，要么是由两个相互旋转的天体组成，每个组成部分直径约9至12英里。Ultima Thule极有可能有一个或几个卫星。

斯特恩说:“Ultima Thule可能有大气层、光环或几个卫星。我们当然希望很多，因为当我们到达冥王星时，我们发现了很多惊喜。然而，我们将不得不等到明年1月1日才能发现真相。”

下个月，当新地平线号传回地球第一批数据时，科学家们应该能清楚地看到有关Ultima Thule的许多关键特征。然而，他们要等更长的时间才能得到全部图像——因为在1月份扫过距离Ultima Thule不到2200英里的区域后，“新地平线”号需要几个月的时间才能传回所有由它传回的信息。

问题是“新地平线”号非常非常遥远，所以它的无线电信号非常微弱。弱信号意味着低数据速率。因此，“新地平线”号只能以每秒1千比特的速度传输数据。以这样的速度，要确切了解探测器究竟发现了什么，还需要一年多的时间。

斯特恩说:“在‘新地平线’号的仪器研究完Ultima Thule之后，我们将从它那里收集大约500亿字节的信息。这与我们从冥王星及其卫星上收集到的数据大致相同，而且这些数据需要16个多月才能传回地球。”然而，新地平线号目前距离地球的距离比三年半前飞越冥王星时要远10亿英里，这意味着传回有关Ultima Thule的数据需要更长的时间。

斯特恩表示:“我预计这一次我们需要大约20个月的时间才能取回数据。”“这意味着，到2020年9月，我们应该知道所有关于Ultima Thule的知识。”这似乎等得有点长。另一方面，Ultima Thule是太阳系早期的化石记录，所以我认为我们可以再等一段时间来发现它。”

除非斯特恩和他的同事们选择自己打破这一记录，否则极有可能在很长一段时间内，Ultima Thule极有可能仍然是太空探测器所访问过的最远的天体。他们会在20世纪20年代中期继续探索柯伊伯带的另一个天体。

“一旦我们从Ultima Thule获得所有数据，我们就可以开始考虑下一个目标，”Stern说。“新地平线”号有一个核电池，可以为飞船再提供20年的电力，所以我们可以很容易地到达另一个星体。我们有能力做到这一点。不过，民众是否支持另一场会面，还有待观察。在某种程度上，这取决于我们在Ultima Thule发现了什么。”