人類首顆冥王星探測器“新地平線號”甦醒 已航行9年48億公里
電影《星際穿越》熱度尚未過去，一個又一個太空任務接踵而來，5日，美國新一代飛船“獵户座”首飛成功，今天，中巴合作資源衞星04型成功發射，同日，還有一個更遙遠的消息傳來，美國國家航空航天局（NASA）發射的“新地平線號”（New Horizons,台灣譯作“新地平線號”）探測器在飛行了近9年，今日凌晨4點從休眠中轉醒，開始人類首次冥王星(Pluto)探測工作。明年夏天，這艘飛船將首次近距離飛過太陽系最著名的矮行星系統。
人類對於太空的探險，永無止盡。《星際穿越》中，人類在土星軌道附近發現了蟲洞，而”新地平線號”則飛到了冥王星附近。在《星際穿越》的設定中，飛船飛到土星用了2年時間，有點兒不太科學。而“新地平線號”作為人類發射的速度最快的飛行器，飛到土星的時候用了2年零5個月。
作為人類第一個造訪冥王星的探測器，“新地平線”號，在2006年1月19日下午從美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地搭乘“宇宙神號”火箭成功發射升空，隨後踏上一段航程約50億公里、時間長達9年半的漫漫征途。探測器上還載有發現冥王星的美國天文學家湯博的部分骨灰。
藝術示意圖，冥王星和它的三顆衞星。
發射升空大約45分鐘後，“新地平線”號成功與運載火箭實施分離。此時，它的時速已經高達約5.8萬公里。這是迄今為止人類發射的速度最快的太空飛行器。如果當年“阿波羅”號登月飛船以這個速度飛行，那麼飛抵月球的時間，將從3天縮短至9個小時。一年後，“新地平線”號飛行到木星附近，並藉助木星重力場提升自身速度，這個過程猶如“彈弓彈射”一般。
過去的9年來，新地平線號探測器一直在朝着冥王星急速飛行。為了節約能源並防止設備因使用產生老化，飛船在漫長的飛行途中一直都保持着休眠狀態，每次一休眠都持續數月之久，累計有5年多的時間新地平線號都是處於休眠狀態的。
在休眠期間，整個飛船幾乎被完全關機，僅僅留下足夠的電力讓它每隔一週時間向地球發送一個微弱的信號，告訴地球上的控制人員自己狀態良好。因為距離遙遠，新地平線號所傳送的信號即使以光速傳送，也要將近4個半小時才會到達地球。
但現在，行動時間到了。
新地平線號被一個預先設定好的鬧鐘叫醒，NASA在6個半小時後確認它否成功轉醒。探測計劃主任、約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的鮑曼説：“新地平線號狀況很好，正在離家48億公里的太空深處靜靜地航行，但它將轉醒。”
計劃相關人員説，新地平線號將先對冥王星進行拍攝，取得相關數據，明年1月15日將在距離冥王星2億6千萬公里處開始探測冥王星和它周邊衞星，特別是最大的衞星“冥衞一”，還有冥王星所在的“柯伊伯帶”，7月14日將最靠近運行軌道是橢圓形的冥王星，然後結束任務。柯伊伯帶是一充滿直徑從數公里到上千公里冰封物體的中空圓盤狀區域。
“新地平線”號的大小類似一架大鋼琴，重454千克，它攜帶有7種科研儀器，包括紅外線和紫外線光譜儀、多色相機、高解析度望遠鏡相機，和塵埃探測器等。
由於冥王星離太陽過於遙遠，“新地平線”號無法使用太陽能，它將依靠所攜放射性物質鈈提供動力。“新地平線”號攜帶有10.8公斤鈈，探測器裝載的發電設備能夠把這些放射性物質衰變的能量轉換成電能，以供探測器搭載的電子儀器使用。
為了防止因發射失敗導致這些放射性物質泄漏從而對環境造成污染，NASA之前準備了一系列應急措施，“新地平線”號燃料箱非常堅固，發生意外的可能性僅為1/140萬，就是發生了意外，核燃料外泄的可能性也僅為1/350。
當然，“新地平線號”探測計劃的耗資也非常驚人，達到了7億美元。
雙重使命
先觀冥王星再探太陽系邊緣
“新地平線”號此行肩負兩個使命，它除了要探測冥王星及其衞星外，還將探測位於太陽系邊緣的神秘地區———柯伊伯帶。
冥王星是太陽系中離太陽最遠和最小的行星，科學家目前掌握的冥王星資料並不完善，只知道其質量約為月球的1/3，半徑為1400公里，表面平均温度不超過零下221攝氏度，其構成物質的平均密度約為每立方厘米2克。“新地平線”號將是人類第一個造訪冥王星的探測器。科學家認為，研究冥王星有助於加深對太陽系形成的瞭解。
“新地平線”號按計劃將於2015年7月到達冥王星，行程約50億公里。之後，“新地平線”號將進入冥王星外的柯伊伯帶。柯伊伯帶位於太陽系外緣，據信由太陽系形成早期的剩餘物質組成，距今約有46億年之久。
專家説，“新地平線”號將以每小時7.5萬公里的速度飛跨太陽系。由於它的飛行速度很快，而它所攜動力燃料又不足以供其減速和進入環冥王星軌道之用，因此它將與冥王星“親密”接觸後，繼續前行進入柯伊伯帶，並將一去不復返。
漫長休眠，即將甦醒
按照內置的程序，新地平線號探測器的主要飛船系統將會在美國東部時間12月6日15:00(北京時間12月7日清晨4:00)自動開始甦醒，隨後再過1個半小時，它將會向地球傳回一個信號，確認自己已經成功甦醒。但由於它的位置太過遙遠，它發出的信號將需要超過4個小時才能傳回地球，即地面收到新地平線號甦醒確認信號的時間大約應當是美國東部時間12月6日21:30左右(北京時間12月7日上午10:00左右)。
在那之後，地面控制人員將花費6周的時間對整個飛船上的各項設備狀況進行檢查，併為即將到來的冥王星系統飛越任務做好準備。對冥王星的科學觀測工作預定將在2015年1月15日開始進行。
新地平線號探測器於2006年發射升空，當時冥王星仍然還被視作一顆大行星，因而也是唯一一顆未有被人類探測器所造訪的大行星。但就在當年晚些時候，根據國際天文學聯合會(IAU)公佈的最新行星定義，冥王星失去了大行星資格，轉而被歸入“矮行星”的行列。
在新地平線號探測器發射升空之時，我們只知道冥王星有3顆衞星——冥衞一(Charon)，冥衞二(Nix)和冥衞三(Hydra)，它們分別是在1978年和2005年被發現的。但隨後在2011年和2012年，科學家們再次發現了兩顆新的冥衞：冥衞四(Kerberos)以及冥衞五(Styx)。這樣新地平線號探測器便有更多的目標要去觀測了。事實上新地平線號探測器的任務目標之一便是要去探查冥王星是否還有其他未被發現的衞星，以及查明冥王星是否擁有光環系統。天文學家們使用哈勃空間望遠鏡此前未能取得新的發現，但這並不能排除冥王星還擁有其他隱藏着的衞星或光環系統的可能性，如果它們太過闇弱，從遙遠的距離上是難以被發現的。
我們迄今擁有的最佳冥王星圖像——由哈勃空間望遠鏡在2002年至2003年之間拍攝，圖像中的明暗結構可能顯示冥王星地表的成分變化。
前路兇險，風險難料
如果發現了新的衞星甚至光環系統，那當然將是令人興奮之事。不過來自美國亞利桑那州西南研究所的行星科學家，新地平線號探測器項目組的西蒙·波特(Simon Porter)指出，這同時也可能是壞消息。因為如果那裏存在着更小的，未被發現的衞星體，那麼它們很有可能長期以來一直遭受着那些更小太空岩石的撞擊。這樣的撞擊過程會產生大量碎塊和塵埃顆粒，這些碎屑可能會逃離這些小衞星微弱的引力範圍並散落在冥王星系統附近空間。而這將對首次抵達這裏的新地平線號探測器構成嚴重的安全隱患。
從飛船的角度來看，那些粒徑僅有幾毫米的太空微粒就像是一顆顆的子彈，運行速度超過每小時3萬英里(約4.8萬公里)，一旦撞擊發生，將會對探測器造成嚴重破壞。
新地平線探測器小組尤其感到擔憂，因為新地平線飛船在飛過冥王星系統時會先將獲取的所有數據臨時存儲在探測器內存中，隨後才會逐漸傳送回地球，事實上由於數據量過多，預計要到2016年下半年，新地平線號在2015年夏天飛越冥王星時採集的全部數據才能全部發回地球。如果在此期間發生意外，那麼所有這些暫時存儲在飛船上的信息都將可能永遠丟失。
不過幸運的是，波特和他的同事們正嚴密監視着整個冥王星系統。除了對哈勃空間望遠鏡的圖像進行分析檢查，他們還會利用計算機進行模擬運算，判斷可能存在於不同軌道上的不同大小衞星產生的碎屑物可能會對新地平線號探測器構成的影響。到目前為止，這些分析的結果還尚未顯示任何威脅。但項目組真正擔心的恰恰就是那些預料之外的情況。波特説：“我們的擔憂主要來自那些我們目前還不知道它存在的衞星產生的微小顆粒。”直到明年4月之前新地平線號探測器距離冥王星的距離都還太過遙遠，無法對其近旁的塵埃顆粒環境進行詳盡的檢查和評估。不過波特認為，即便那裏的確存在未知的衞星，理論上新地平線號也不會受到太大的威脅，因為飛船的軌道設計選擇了一條根據物理學理論，不應該會存在較多塵埃顆粒的區域。
在最壞的情況下，新地平線號探測器發現自己身處險境，地面控制組還可以指令它調整姿態，讓這個只有一台鋼琴大小的小小探測器將自己7英尺(約2米)寬的天線盤作為“盾牌”。地面控制組也可以臨時調整飛船的軌道，使它從距離冥王星更遠的位置上飛過，從而遠遠的避開塵埃顆粒分佈區域。不過那樣做將會降低新地平線號飛船拍攝圖像的分辨率，並且如果飛船被迫把自己的天線作為保護盾來使用，那樣它也就無法將其搭載的部分科學設備對準冥王星，那樣也就意味着飛船將無法採集到預期的珍貴數據。不過至少那樣做可以讓飛船安然無恙。
2007年，新地平線號探測器飛過木星，拍攝下這張木星和它的衞星——木衞一的合影。
揭示嶄新的世界
但儘管存在這樣那樣的風險，這項任務必定將取得大量新發現，從而延續NASA引以為傲的行星探測器項目——在1960年代和1970年代首次造訪水星，金星和火星的的水手號探測器系列，1980年代考察整個外太陽系的旅行者1號和2號探測器。那些探測器都是探索的先驅者，因為它們所拍攝的每一張照片，開展的每一次測量都在揭示一個嶄新的世界。
美國亞利桑那州洛威爾天文台的行星科學家，新地平線號探測器項目組成員維爾·格朗地(Will Grundy)表示：“在過去，每當我們目睹一個新世界，我們都會感到驚奇。”
到目前為止，我們獲取的最佳的冥王星照片仍然是由哈勃空間望遠鏡拍攝的，但即便如此，畫面中的冥王星也僅僅是一個稍稍顯示不同地表顏色區域的模糊圓面。從明年春季開始，新地平線號探測器將首次近距離考察這個冰雪世界——或許還擁有一層稀薄的大氣甚至極冠，甚至那裏還可能有山脈，冰火山和不斷向外噴射氮氣或某種氨-水混合物的噴泉結構，而冥衞一的表面上情況也應該差不多。
望遠鏡觀測顯示冥王星的地表呈現某些化學成分的信號，如甲烷，氮氣以及一氧化碳。這裏太過寒冷——平均温度約為-380華氏度(約合-228攝氏度)——在這樣的温度下，幾乎所有的化學物質都會凝結。但這些都是揮發性物質，它們對所有的化學與地質過程都相當敏感，這就意味着冥王星的地表可能相當活躍。
是的，冥王星現在“只不過”是一顆矮行星，但這對於項目組的科學家們而言並無區別。在他們眼裏，冥王星仍然是一顆行星，部分原因是他們一直以來已經習慣這樣稱呼冥王星，而另外一點則是因為這樣説起來方便——在11月13日召開的一次新聞發佈會上，新地平線號項目科學家海爾·韋弗(Hal Weaver )曾指出，“矮行星”這個名詞本身也有“行星”的字眼。
冥王星是柯伊伯帶最大的天體之一，這是一個遍佈大量冰凍小天體的寒冷區域，散佈在海王星軌道外側的太陽系邊緣地帶。1992年，人們發現了第一顆柯伊伯帶天體，現在這一數字是1000多顆，而科學家們估算認為這類天體的數量應當在數十萬顆左右。
這些天體自從行星形成之初便已經存在，因而它們是最初的遺骸，能夠幫助天文學家瞭解我們太陽系的歷史和起源。而冥王星上便可能隱藏着有關這些古老冰雪世界的秘密。比如説，觀察冥王星表面是否存在撞擊坑，或者撞擊坑的多少，將能幫助科學家們判斷柯伊伯帶天體之間相互碰撞的頻率。
超越哈勃望遠鏡
今天，新地平線號飛船距離冥王星仍有超過1.75億英里(約2.8億公里)，但到明年4月中旬，這艘探測器將到達足夠近的距離，使其所拍攝圖像的分辨率超過目前哈勃空間望遠鏡的分辨率水平。
韋弗在11月召開的一次新聞發佈會上表示：“自那之後，新地平線號探測器拍攝的照片質量將會越來越好。”到明年6月份和7月份，新地平線號將抵達更近的位置上，足以開始對冥王星的地質學狀況開始進行調查。韋弗説：“我們將取得大量高價值的科學數據，即便當時我們實際上還尚未抵達冥王星。”
距離冥王星距離最近的時刻將發生在2015年7月14日，屆時探測器與冥王星之間的距離僅有6200英里(約合9977公里)左右運行速度則高達每小時3.13萬英里(約合5萬公里)。屆時其相機拍攝圖像的分辨率將足以辨別出冥王星表面上直徑230英尺(約合70米)左右的物體。根據新地平線號探測器首席科學家，來自西南研究所的行星科學家阿蘭·斯特恩(Alan Stern)的説法，如果以這樣的距離飛過地球，我們將能夠從探測器拍攝的圖像上分辨出紐約的中央公園。
2006年哈勃空間望遠鏡拍攝的圖像，顯示冥王星和它的三顆衞星——冥衞一(Charon)，冥衞二(Nix)和冥衞三(Hydra)。
未來的拓展任務
對冥王星的飛掠觀測將持續約6個月，在此期間新地平線號將抓緊時間對冥王星和它的衞星地表進行地質學測繪，温度與成分測量，並分析冥王星大氣成分。在那之後新地平線號探測器將逐漸遠離冥王星系統，屆時它還將調轉鏡頭，在冥王星從太陽面前經過的時候觀察其大氣層結構，看看其中是否存在霧霾——此前這種現象已經在海王星的衞星海衞一上被觀察到——後者在大小，大氣以及地表成分方面均顯示與冥王星之間的相似性。新地平線號探測器甚至還有可能發現冥王星擁有一個類似彗星那樣的粒子“尾巴”。
即便在新地平線號離開冥王星系統之後，它的任務還遠沒有結束。在10月份，天文學家們使用哈勃空間望遠鏡確認了3顆體型較小的柯伊伯帶天體，它們的位置讓新地平線號探測器有機會順路造訪，時間大約是在2019年前後。當然，新地平線號探測器屆時是否真的可以抵達那裏並進行考察，將會取決於它執行完冥王星考察任務之後的情況以及NASA的預算狀況。
新地平線號的飛行路徑
2006年1月，新地平線號探測器發射成功