“新视野”号 破解太阳系形成之初的秘密

<P align=center></P><P align=center>星子慢慢从行星胚胎成长为行星，而矮行星是没有长大的侏儒行星，是联系小行星和行星之间的纽带</P><p>　　文/郑永春</P><p>　　冥王星所在的柯伊伯带位于太阳系的边缘，寒冷而阴暗，探测难度很大。这些遥远的冰冻天体究竟有何吸引力，值得我们长期守候并努力探索呢？</P><p>　　首先，柯伊伯带作为太阳系的新大陆，“新视野号”的发现将极大地改变我们对太阳系结构的认识。柯伊伯带是短周期彗星的“老家”，而奥尔特云是长周期彗星的“老家”。由于彗星经过太阳附近时质量会消耗掉，若没有这两个彗星老巢的不断补充，经过漫长的太阳系演化历史，我们可能早就看不到彗星了。柯伊伯带和奥尔特云这两大区域至今还没有被航天器探测过，我们对太阳系新大陆的广阔空间仍知之甚少，对太阳系结构的认识仍然不够清晰。我们一直把冥王星视为太阳系中一颗未长大的“侏儒”行星，但现在我们知道冥王星是通往柯伊伯带这片全新大陆的大门。“新视野号”的主要目标就是探测以冥王星及其卫星为代表的柯伊伯带天体，将这片区域的场景清晰地展现出来。</P><p>　　其次，冥王星及其卫星作为行星胚胎，对研究行星的形成具有重要价值。太阳系不仅有行星，还有数以亿计的小天体，包括小行星、矮行星、彗星，主要存在于小行星带、柯伊伯带、离散盘、奥尔特云。从科学角度而言，深空探测就是探测太阳系的各种天体类型和主要区域，如同盲人摸象般逐渐了解太阳系的全貌，所有的深空探测任务的终极科学目标都是为了回答太阳系起源、行星的起源这些关键问题。</P><p>　　2014年8月，罗塞塔号刚刚探访了同样来自柯伊伯带、飞越到太阳附近的楚-格彗星，搭载的菲莱着陆器还实现人类首次登陆慧核表面，大大加深了对彗星的认识。除彗星外，柯伊伯带还有数十颗直径200～2000千米不等、由岩石和冰块组成的天体，其中以冥王星及其卫星最为典型代表。我们知道，太阳系起源于一个弥漫着气体和尘埃的星云团。由于快速旋转，星云逐渐凝聚形成星子，星子之间相互碰撞、吸积增大而形成行星胚胎，进一步彼此吸引增大形成数量较少、质量较重的原始行星。行星形成后，太阳星云的残留物形成了数量众多的小天体。而矮行星就是没有长大成行星的“侏儒”行星。由于远离太阳系的柯伊伯带天体稀疏，受到的撞击、太阳辐射等太空风化较弱，可以保存更为原始的状态。因此，柯伊伯带的天体相当于在太阳系的“冷库”中保存了46亿年，保留着太阳系形成时的原始状态，对了解太阳系的起源具有极大的作用。通过“新视野号”对冥王星、冥卫一等柯伊伯带天体的探测，将有助于揭示行星形成的关键环节。</P><p>　　我们已经对岩石行星（地球、金星、水星和火星）和气液态巨行星（木星、土星、天王星和海王星）进行过多次探测，但在“新视野号”之前还没有探测器对柯伊伯带的冰态矮行星进行过探测。因此我们对矮行星这一新的天体分类的认识是严重不完整的。而“新视野号”的探测将填补这一重要的空白，完善了我们对于太阳系天体类型的知识。</P><p>　　再次，随着深空探测的进展，我们对太阳系的认识不断深化，太阳系的边界不断拓展。这些科学成果改变了人类的知识边界，进而影响和改造着我们的世界观。在古希腊时代，我们认为地球是宇宙的中心、太阳、月球都是绕着地球运转的行星；在哥白尼之后，人类逐渐接受太阳是太阳系的中心，认为行星就是围绕太阳运转的天体，因此地球是行星而月球不是。后来大量小行星的发现迫使人们修改了行星的定义，认为行星必须质量足够大，大到能通过自转成球体。再后来，发现了许多与月球大小相近的谷神星、智神星、阋神星、妊神星、婚神星等，天文界面临着再次选择，要么将他们统统被纳入行星，要么排除他们。必须承认的是，我们对柯伊伯带的小天体（除了矮行星以外，还包括彗星和小行星）还了解的很少，甚至是才处于大发现的初期。我们不清楚柯伊伯带的小行星与火星和木星之间的小行星有何不同。随着深空探测获得的新发现，我们将不得不再次修改行星的定义。</P><p>　　最后，远征太阳系边缘的深空探测将显著牵引航天技术实现新突破。“新视野号”奔赴柯伊伯带的旅途长达9年，为延长探测器的寿命和减少地面维护的费用，探测器有2/3的时间是在休眠中度过的；为实现早日抵达冥王星，“新视野号”先飞抵木星开展飞越探测，并借助木星引力进行加速；由于距离遥远，地面发出的指令要4.5小时之后才能被探测器接收到，数据传输链路和测控精度要求均大大提高；柯伊伯带寒冷而黑暗，太阳辐射强度仅为地球上的千分之一，冥王星表面温度低至零下212～234摄氏度，因此必须研发高效核能系统以提供飞行动力和保温。“新视野号”在太阳系远征中涉及的超长寿命航天器设计、行星借力飞行、超远距离测控通信和数据传输、太空核动力和能源供应等关键技术，将是中国航天努力突破的重要领域。</P><p>　　作者简介：</P><p>　　郑永春 国家天文台月球与深空探测研究部、中国科学院月球与深空探测重点实验室副研究员</P><p>　　首届香江学者，中国科学院青年创新促进会优秀会员，国家科普专家</P><br />