新视野号冥王星探测最新成果解读

郑永春

zyc@nao.cas.cn

北京时间7月14日19：49分，新视野号飞船抵达最接近冥王星的位置，距离冥王星表面约为1.25万千米。但实际上此次新闻发布会上发布的冥王星照片并非是新视野号在最近距离时拍摄的冥王星照片，而是飞船距离冥王星76.6万千米时拍摄的一幅旧图，14日凌晨传回地球。因为新视野号在飞越冥王星时是没有通信的，无法传回探测数据。

20：04，新视野号最接近冥卫一，距离冥卫一表面约为2.88万千米；

20：51和22：18，新视野号先后穿越太阳光被挡住的冥王星和冥卫一的背影区；

7月15日早上9：02分，新视野号有15分钟的时间与地面通信，告知它的设备状态。而真正的高分辨率图像要15日晚上才能传回地球。

由于冥王星与地球相距遥远，即使以光速传播，控制新视野号飞船的信号也需要4个半小时抵达飞船，而地面收到飞船执行完指令的通知又需要4个半小时。就像老北京见面问候一句“吃饭了么”，你回复一句“吃过了”，这么简单的一件事也需要9个小时才能完成。所以，新视野号飞船的控制指令都是很早之前就已经精确计算好了的，一旦执行就只能听天由命，无法中途撤回。

移动和联通由于网速太慢饱受诟病，不过它们的网速比起新视野号飞船的“网速”已经可谓高速。新视野号飞船向地球传回探测数据的下行速率仅为1.68kb每秒，即使用一张用手机拍摄的大小为2M的普通照片传回地球也需要二十分钟，所以新视野号飞船这几天拍摄的照片并不能马上传回地球，而是在完成近距离拍照和观测任务后，利用奔赴柯依伯带其他天体的漫长旅途中的无聊时间来下载这部“大片”，而这些数据完全传回地球需要一年多（16个月）的时间。

根据新视野号的初步探测成果，发现冥王星的北极存在极冠，主要成分是氮冰和甲烷冰。各位请注意，甲烷从液态结成冰的温度为零下183摄氏度。而氮气在零下183摄氏度才能成为液氮，从液氮固结成冰需达到零下218.9摄氏度。冥王星极冠上分布的氮冰和甲烷冰，足以说明那里究竟冷到了何种程度。

新视野号探测发现，冥王星的直径约为2370千米，大于之前的预期值。虽然冥王星不再是行星，已经降级为矮行星。但幸运的是，冥王星得以继续保持绕太阳公转的第九大天体的美名。而且说白了，现行的行星定义并非完美无缺，是否承认冥王星是行星，很大程度上取决于天文学家的态度。冥王星虽然体积小了点，但仍然存在咸鱼翻身再次成为行星的机会。考虑到冥卫一并非真正围绕冥王星运转，冥王星和冥卫一都围绕他们的公共质心运转。所以冥卫一也有升级成为行星的机会。太阳系现在有八大行星，未来或许会有十大行星，甚至可能发现新的行星，这实际上取决于我们对太阳系整体的认识。不管怎样，冥王星和冥卫一这哥俩此生只能共进退了。

新视野号飞船上的可见光和近红外相机拍摄的冥王星表面的最高分辨率为约60米，是迄今为止最清晰的冥王星照片，成像质量远超哈勃望远镜拍摄的冥王星（图1）。如果幸运的话，“新视野号”还有望拍摄到冥王星表面的地质结构和纹理信息，以及冥王星上的云层等。从现在的情况看，冥王星不太可能有像木星、土星那样具有环带结构。在如此低温之下，冥王星上也不太可能会有冰火山或液态喷泉。

大卫·布莱维特（David Blewett）是来自美国马里兰州的约翰霍普金斯大学应用物理实验室（APL）的行星科学家，目前主要从事信使号探测水星的任务。应用物理实验室成立至今已有70多年的历史，是美国规模最大的大学研究中心，现有员工5300名，其中68%是科学家和工程师。应用物理实验室是新视野号飞船的研制单位，也是这艘飞船的运行机构。大卫虽然没有直接参与新视野号任务，但一直关心和了解它的探测进展。今年夏天，为促进中美科学家在行星科学领域的国际合作，受中国科学院国际访问学者计划的资助，大卫来到中国科学院国家天文台，与中科院月球与深空探测重点实验室的郑永春副研究员开展合作研究。

大卫的中国妻子凌女士已先于大卫回美国，凌女士同为应用物理实验室一员、她告诉笔者，应用物理实验室庆祝新视野号飞越冥王星的活动规模宏大，上千名员工和访客参加了庆典，超百家媒体云集在应用物理实验室的柯萨科夫中心，向全世界现场直播飞越冥王星的过程。而且接下来的几天还将有一系列的科学展示活动，跟踪报道飞越冥王星的最新成果。

留在中国的大卫说：“虽然我没有出席这些庆祝活动，但我同样很高兴能在国家天文台与我的中国同行合作研究嫦娥卫星的探月数据。”

大卫认为，新视野号任务是人类第一次从如此之近的距离观察冥王星，因此这是历史性的一刻。冥王星、冥卫、以及在柯依伯带的他们的姐妹们是太阳系的重要成员，很有必要了解他们。通过研究冥王星的成分、地质、演化历史，可以理解太阳系的形成，甚至其他恒星系统中行星的形成过程。

开展新视野号探测任务的目的部分是为了满足人类对周围环境天生的好奇心。无论这些环境是在山后、地平线上还是在遥远的太阳系空间，都应该去探索它。大卫举例说，假如波利尼西亚人的祖先一直待在亚洲的海滩上，他们可能永远也没有机会发现夏威夷、萨摩亚、马库萨斯群岛、复活节岛以及太平洋上的其他岛屿。

大卫表示，他幸运地生活在一个富裕的国度，可以用它很少量的资源让他们在科学研究、艺术和人文领域追求梦想。实际上，美国国家航空航天局花的钱不到联邦预算的1%。而对太阳系不同行星之间的比较研究有助于我们理解地球是如何运转的。除了科学家，NASA的太空项目还聘用了许多工程师、项目管理者和服务人员。太空探索牵引了新技术的进步，激励年轻一代选择科学、工程和数学作为他们的求学专业或终身职业。这些年轻人将成长为下一代的技术领袖，有助于保持国家的经济竞争力。

正如大卫在科研合作中向我展示了他强烈的求知欲和探索精神，他认为中国正在快速发展，也已经迈出了太阳系探索的关键一步。伟大的国家从事伟大的事业，中国在基础研究上的投入，包括嫦娥工程那样的太空探测项目，是中国作为大国的重要标志。

大卫告诉我，与美国的太阳系探测任务比较，他本人很赞赏中国在探月工程实施中，从一开始就规划了环绕、着陆、采样返回的绕落回三步走的计划。这种持续一贯的计划有利于技术进步，有利于不断加深对月球的认识。

图1 新视野号任务之前，哈勃空间望远镜于2002～2003年间拍摄的质量最好的冥王星真实色彩图像。图中的明暗结构可能意味着冥王星表面的成分变化。

冥王星和冥卫一的标准照比较。新视野号飞船上的远程勘测成像仪（LORRI）分别拍摄了冥王星和冥卫一的标准照，这张照片是他们俩的合成图像。从这张照片可以看出，冥王星和冥卫一在亮度和颜色上均存在明显区别。冥王星颜色偏红，较为明亮；冥卫一为黑白色，表面较暗淡。

新视野号飞船于7月12日、从距离250万千米远处拍摄的冥王星图像。新视野号飞船发现冥王星居然把它的“小心脏”露了出来。由于冥王星的自转，图左呈心形的明亮区域逐渐进入新视野号的视线。似乎是冥冥之中的安排，7月14日新视野号飞船最接近冥王星时，这个世人瞩目的“小心脏”正好是它的拍摄目标。而图右下的的“牛眼”区域逐渐移出新视野号的视线。

新视野号飞船拍摄的照片显示冥王星上的一些地形特征，右图中牛眼状的环形区域可能为撞击盆地，右下的线状结构可能为冥王星上的悬崖。与地球一样，人类也给冥王星定义了它的经纬网格，上图展示了冥王星的北极、赤道、中央经线（子午线）。

在人类最高科技的深空探测任务中，女性照样能顶半边天。在新视野号任务团队中有四分之一为女性成员（7月11日摄于约翰霍普金斯大学应用物理实验室）。

新视野号任务标识