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新视野号探测器下一个目标:柯伊伯带天体2014 MU69

2015-08-30 09:22   浏览:5012 次
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7月14日,新视野号探测器历史性飞越冥王星和冥卫一。目前,探测器正在快速飞离冥王星、进入柯依伯带中心地带。8月29日,美国航空航天局(NASA)公布了这艘探测器的下一个目的地:编号为2014 MU69的柯依伯带天体。2014 MU69的昵称是PT1,即潜在目标一号的英文缩写,运行在冥王星以远16亿千米的轨道上。

新视野号探测器

图:新视野号探测器

新视野号(又称“新地平线号”)总投资7亿美元,是美国宇航局的小型太阳系探测任务。该项目由马歇尔太空飞行中心总体负责,约翰·霍普金斯大学应用物理实验室负责新视野号的设计、建造和任务运行,西南研究院负责科学探测任务规划和科学仪器操作。

按照合同规定,新视野号已经圆满完成了探测任务,探测柯依伯带其他天体不是合同规定的任务,也没有经费支持。鉴于新视野号探测器目前状态良好,还有能力进行拓展任务,新视野号团队将向美国宇航局提交建议书,申请拓展任务的经费。独立专家团队将于明年评估该建议书,美国宇航局根据专家评估结论,才最终决定是否同意资助。

虽然美国宇航局已经确认2014 MU69作为新视野号探测器的下一个探测目标,但还需要经过完整的评估程序后。曾经担任航天员的美国宇航科学任务部主任John Grunsfeld介绍说,是否同意新视野号的拓展任务,需要在更高层面的行星科学工作会上讨论,我们希望拓展任务比主任务花钱更少,但仍然确保做出新的令人振奋的科学发现。

新视野号探测的区域光线非常暗弱,太阳辐射能量只有地球上的千分之一,探测器没有太阳能电池板,无法靠太阳能发电。新视野号安装了一个反应堆,携带了10.9公斤二氧化钚,通过放射性燃料衰变发电,提供给新视野号上的各种仪器使用。新视野号携带的常规燃料只有66公斤,通过常规燃料点火给探测器提供动力,改变飞行轨道。这66公斤燃料就像一个液化气罐,每点火一次,燃料就变少一点。因此,新视野号下一个探测目标只能在原先的飞行轨迹附近选择,不能偏离原轨迹太远,否则它携带的燃料不足以进行轨道调整。

新视野号计划探测柯依伯带天体2014 MU69(PT1)

图:新视野号计划探测柯依伯带天体2014 MU69(PT1)

由于燃料有限,新视野号探测器的下一个探测目标需要尽早确定。10月下旬和11月上旬,探测器将开展一系列的轨道机动,使其朝着2014 MU69飞行,并于2019年1月1日飞越探测目标,庆祝地球新年的到来。但如果迟迟未能决策的话,延迟实施这些轨道调整动作将需要消耗更多的燃料,并增加任务风险。

2014 MU69是柯依伯带中的一种古老天体类型,形成于其现在所在的轨道区域。据新视野号首席科学家、西南研究院研究员斯特恩介绍,去往该柯依伯带天体只需要消耗很少的燃料,比其他候选目标的燃料消耗要少得多。由于新视野号下一步要去的目标了解很少,所以需要尽可能节省燃料,以应付这些难以预见的意外情况。

新视野号最初的设计目的是飞越冥王星及其卫星,在可能的情况下探测其他柯依伯带天体。设计时,新视野号携带了飞越柯依伯带其他天体所需的肼燃料,通信系统的设计可以满足比冥王星更遥远天体的探测,探测器上相机和光谱仪都可以在比2014 MU69更暗弱的光照水平下成像。新视野号的心脏——放射性同位素温差电池,至少可以保证新视野号正常工作到2030年。目前,新视野号目前距离地球49亿公里,刚刚开始向地球发送飞越冥王星时存储在新视野号硬盘中的大量图像和其他数据,新视野号运行一切正常,状态良好。

与火星和木星之间的主带小行星不同的是,柯伊伯带天体离太阳更遥远,只受到很微弱的太阳光照加热,因此得以保存完好,记录着46亿年前太阳系刚刚形成时的历史。2003年,美国科学院曾经发布了行星科学十年规划报告——“太阳系中的新前沿”,这也是指导美国宇航局太阳系探测的纲领性文件。该报告强烈推荐未来的探测任务去飞越冥王星和其他的小型柯依伯带天体,尽可能了解这片未探索区域不同的天体类型。PT1是柯依伯带中完全不同于冥王星的天体类型,因此新视野号的拓展任务选择飞越这种类型的天体,有助于实现规划报告提出的目标。

寻找新视野号下一步探测目标的努力实际上四五年前就已经开始了,但要找到合适的柯依伯带天体绝非易事。科学家用地球上最大的地面望远镜从2011年开始搜索,发现了几十个柯伊伯带天体,但没有一个是新视野号的剩余燃料可以到达的。2014年夏天,科学家不得不借助功能更强大的哈勃太空望远镜来搜寻目标,共发现5个目标,但根据新视野号的飞行轨迹,只有两个目标符合要求,2014 MU69就是其中之一,也是新视野号团队向美国宇航局建议的唯一目标。

据估算,PT1的直径约为45公里。虽然PT1的体积仅为冥王星的0.5—1%,质量仅为冥王星的万分之一,但已经比罗塞塔任务探测的典型彗星(楚-格彗星)的直径大10倍,质量大上千倍。因此科学家相信,PT1可能是太阳系中用于构筑像冥王星这样的大型天体的砖块原料。

“就像新视野号冥王星时带给我们非常震撼的科学发现一样,近距离飞越柯依伯带天体,可以让我们了解很多地球上永远无法获知的信息,”新视野号科学家团队成员、西南研究院研究员约翰·斯宾塞认为,“新视野号飞越柯依伯带天体将获得清晰的图像和其他数据,将从根本上改变我们对柯依伯带和柯依伯带天体的认识。”

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