美国宇航局2006年1月19日发射的“新视野”号经过近10年约50亿km的飞行，近期成功飞掠了冥王星及其卫星系统，成为迄今距离这颗矮行星最近的人类探测器。中国科学院紫金山天文台的季江徽等在《科学通报》2015年第24期发表文章，介绍了“新视野”号及此次成功飞掠获得的科学探测数据，并对我国未来的深空探测进行了展望——

     经过历时9年半、约50亿km的太空旅行，北京时间2015年7月14日19:49，美国国家航空航天局(NASA)的“新视野”(New Horizons)号探测器近距离(约1.25万km)飞掠了冥王星，成为第一个探测这颗遥远矮行星(dwarf planet)的人类探测器。

     “新视野”号于2006年格林尼治标准时1月19日19:00从美国卡纳维拉尔角航天中心发射升空，直接进入地球和太阳逃逸轨道。它由核动力驱动，飞行速度高达16.26 km/s，是目前人类飞行速度最快的探测器。

由于超高速飞行，“新视野”号在发射后9个小时便飞越了月球轨道，13个月后于2007年2月飞越木星并拍摄到木卫一表面正在喷发的火山。借助于木星引力助推，“新视野”号进一步加速到23 km/s，飞向遥远的冥王星。

     在此后的几年时间里，“新视野”号上的绝大部分仪器处于休眠状态，以节约电力，延缓设备老化。2014年12月7日，该探测器从休眠中被唤醒，开始着手执行探测冥王星的任务，旨在探测冥王星及柯伊伯带天体，是第一艘飞越和探索冥王星及其卫星的空间探测器。

     “新视野”号是美国国家航空航天局“新前沿计划”(New Frontiers Program)推出的一项星际空间探测项目，遵循NASA近年来推行的小型化、低成本设计，最终耗资控制在5亿美元左右。

     根据2006年8月24日国际天文联合会(IAU)第26届大会的第5号决议，行星被定义为绕太阳(或其他恒星)运转、质量足够大使其表面达到流体静力平衡的形状(近于球形)，具备清空其轨道附近区域物质的天体。冥王星由此被降级为矮行星，我们所熟知的经典的太阳系九大行星变为八大行星。

     不同于岩质类地行星(水星、金星、地球和火星)和气态类木行星(木星、土星、天王星和海王星)，冥王星及其最大的卫星卡戎属于第三类: 冰质矮行星，它们具有固态表面，大部分组成是冰体物质。

冥王星的可能内部结构示意图

     据“新视野”号最新数据估计，冥王星的直径为2370±20 km，大于前人对它的预期，使之重新戴上柯伊伯带最大的天体的宝冠。

     最新探测结果显示，冥王星的直径约为月球的2/3。由于卡戎的质量约为冥王星的11%，所以目前认为它们组成了一个双星系统。

     “新视野”号飞掠了冥王星及其卫星系统，以前所未有的近距和视角拍下其清晰图像，揭露了太阳系中这个未曾被探索过的疆域。冥王星的地表，比大多数行星和科学家们之前所预料得更富有纹理，其地质呈现的多样性和复杂程度令人惊讶。其中最明亮最显著的特征便是心形区域(约2000 km)，目前已被非正式命名为汤博区(Tombaugh Reggio)，以缅怀85年前冥王星的发现者汤博。除此之外，冥王星的赤道附近有名为“鲸鱼”的长形暗色区域。最新传回的数据进一步揭示了心形区域内广阔的、无撞击坑的冰冻平原的地貌特征。这个被命名为“斯普特尼克”(Sputnik)的冰冻平原被窄而浅的沟槽(Trough)分割成不规则区域。

冥王星表面的心形区域、冰冻平原(a)以及冰冻山脉(b)。来源:NASA/JHUAPL/SWRI

     在冥王星赤道附近的局部高清图像中，发现了一处高达3500 m、形成年龄不超过1亿年的年轻的冰冻山脉，面积约为冥王星表面积的百分之一。这是45.6亿年太阳系中最年轻的地表特征之一，这表明冥王星的内部可能仍然存在地质活动。

     “新视野”号探测到冥王星的大气层延伸至地表以上1600 km，这一数值比之前观测到的大气高度高出5倍，表明冥王星的富氮大气延伸相当广阔。探测数据还表明，冥王星数万千米以外的区域存在低温、稠密的等离子体拖尾，这是太阳风推动行星大气向外逃逸的结果。

     冥卫一卡戎的直径约为1208km，几乎是冥王星直径的一半。与冥王星上布满了氮冰与甲烷冰不同的是，卡戎的表面可能更多是水冰。

冥卫一卡戎的高清图像

     冥卫二尼克斯和冥卫三许德拉均是2005年哈勃太空望远镜发现的。此次“新视野”号对它们拍摄的高清图像让人类第一次真实地看到了其外形及表面特征。

冥卫二尼克斯(Nix)和冥卫三许德拉(Hydra)

     以上图像和光谱数据只是“新视野”号飞掠冥王星期间传回的极少部分的科学数据。由于回传地球的带宽所限，此次飞掠的全部数据将在未来16个月内陆续传回地球。在完成对冥王星系统的飞越后，“新视野”号将继续开展新的征程深入柯伊伯带进行探测。

     柯伊伯带是位于海王星轨道以远黄道面附近、散布着大量冰冻小天体的环形区域，是太阳系里的“冷库”。柯伊伯带天体保留着太阳系形成时的原始成分和状态，对了解太阳系的起源具有极大的作用。柯伊伯带作为太阳系的新大陆，“新视野”号的发现将使人们对太阳系的结构有崭新的认识。

     “新视野”号是太阳系探测中新的里程碑，使人类实现对经典“九大行星”探测的大满贯。通过对冥王星及其卫星系统等柯伊伯带天体的探测，人类将以全新的视角来重新认知太阳系的结构与形成演化。

     “新视野”号探测任务是一项花钱不多但科学回报极其丰富的科学探测项目，这得益于研究团队在任务早期对科学目标的详细规划与精确设计，以及长期对探测目标的专注研究。在远征太阳系边缘的任务中，它采用的低成本小型化设计及核能发电机等关键技术，这为我国未来的深空探测带来新的启示。

     虽然国内已开展了月球探测及嫦娥二号对图塔蒂斯小行星飞越探测，取得了重要的科学成果，但是我国将要开展的火星探测、小行星探测及木星探测等任务还任重而道远，不仅需要我们在科学目标的规划与凝炼做好充分的准备，还需要面向探测任务建立一支科学研究和工程技术充分结合的科学团队。

     众所周知，深空探测周期长、风险高、难度大。未来深空探测将围绕关键科学问题，结合航天技术能力、科学研究和经济发展水平，以科学目标牵引、带动科技创新和新兴产业发展; 坚持以我为主，拓展国际合作，为探索太阳系、地球生命起源及小天体对地球与人类生存的威胁等重大科学问题作出贡献!

[本文摘编自“‘新视野’号成功飞掠冥王星及其卫星系统”一文]

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