航天器將放大人類曾經訪問過的最遙遠的物體

就在1月1日午夜之后，美國宇航局的太空船將飛越我們太陽系中曾經訪問過的最遙遠的太空巖石。這個遠程星際飛行將在眨眼間結束。但如果成功的話，這個事件可以告訴我們很多關于主宰我們宇宙鄰域深處的物體。

進行這次大膽訪問的機器人太空船被稱為New Horizo??ns，它在過去的13年中一直在太空中旅行。你可能還記得這個著名的機器人：它是2015年夏天第一個訪問冥王星的人造物體。自那次飛越以來，新地平線一直在深入太陽系。三年后，它已準備好迎接另一個遙遠的目標，一塊綽號為Ultima Thule的巖石位于冥王星之外10億英里處。離地球41億英里。

這塊新巖石不同于我們以前見過的任何東西。這是一個與紐約市相當?shù)暮涮祗w，在太陽系的一個被稱為柯伊伯帶的地區(qū)軌道運行。這個位于海王星軌道之外的空間區(qū)域可能充滿了數(shù)百萬個小型凍結物體。它有點像一個超級遙遠的小行星帶。除了柯伊伯帶中的尸體被認為是非常原始的 - 太陽系誕生時剩下的殘余物。當行星在45億年前首次形成時，柯伊伯帶地區(qū)的物質并沒有結合在一起形成新的世界，而是像小碎片一樣。從那以后，他們大部分都保持不變。

那是因為它們太小了，離太陽太遠了?？乱敛畮祗w非常冷 - 僅比絕對零度高35度開爾文。在此溫度下，物體在表面上的變化不大。它們基本上已經被數(shù)十億年的時間凍結了。而且它們非常小，以至于它們內部也不會發(fā)展很多。像海王星或天王星這樣的大世界最終形成內部引擎，物體內部的物質在壓力和熱量的作用下重塑數(shù)百萬年。但柯伊伯帶的物體并不足以做到這一點。這意味著它們就像微型時間膠囊一樣，提供了當我們的行星系統(tǒng)首次出現(xiàn)時潛伏著什么材料的快照。艾倫斯特恩說：“我們從來沒有像往常一樣被這樣長時間保存在這么深的地方。”邊緣。“太陽系早期的任何東西都完好無損。”

成功通過Ultima Thule將是一項極具挑戰(zhàn)性的任務。因為它太小而且距離很遠，所以很難從地球上看到和追蹤物體。New Horizo??ns團隊只有一次機會讓這次飛行正確。該航天器目前以每小時32,000英里的速度穿越太空。如果有什么東西變得拙劣，就沒有辦法讓New Horizo??ns再次嘗試。“就像冥王星一樣，這是一次性的，”斯特恩說。“一周后我們沒有第二艘太空船。而且因為做這些飛行中的一個是一個非常復雜的企業(yè)，所以有數(shù)百個變量都必須完美地編排。“

New Horizo??ns并不總能保證能夠訪問像Ultima Thule這樣的物體。該車的主要任務是由冥王星飛行，之后可能會經過第二個柯伊伯帶天體。但是，當飛船首次從地球在2006年1月推出，天文學家們甚至不知道是否有是一個物體足夠接近冥王星是新秀能目標。我們當時所知道的所有物品都遙不可及。因此，當New Horizo??ns團隊為冥王星做準備時，他們還在天空中尋找太空船的第二個目的地。最后在2014年，他們使用美國宇航局的哈勃太空望遠鏡找到了一個目標：一個名為2014 MU69的柯伊伯帶天體。

MU69，現(xiàn)在被稱為Ultima Thule，理想地位于New Horizo??ns的太陽系之外。太空船仍然攜帶足夠的燃料來發(fā)射推進器并到達物體。所以在2015年10月和11月，在NASA甚至正式批準New Horizo??ns的新任務之前，操作航天器的團隊進行了一些路線修正操作，使車輛跟上了與Ultima Thule的會面。

從那時起，新地平線逐漸關閉在巖石上，由地球團隊指導。它還觀察了柯伊伯帶中的其他遠處物體，拍攝了機器人拍攝的一些最遙遠的照片。但是，在幾個月的時間里，New Horizo??ns已經進入休眠狀態(tài)，這是一種大多數(shù)儀器都被關閉的模式。這是一種防止車輛行駛時不必要的磨損的方法。它也有點像自動駕駛儀 - 航天器大多只是旅行而且不需要從地面任務團隊那么多的監(jiān)督。

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與此同時，New Horizo??ns團隊的艱巨任務是盡可能多地學習Ultima Thule?？紤]到大約20英里，我們在地球上可以使用的任何望遠鏡都太小而且模糊不清。這就是團隊必須要有創(chuàng)意的原因。2017年，New Horizo??ns的科學家能夠觀察到Ultima Thule在背景恒星面前經過。這是一次短暫的日食，被稱為掩星，其中Ultima Thule短暫地阻擋了恒星的光線。從那個分秒交叉，科學家們能夠更好地了解巖石的形狀。

所有跡象都表明這塊巖石很奇怪。事實上，它甚至可能不是一塊石頭。掩星顯示，Ultima Thule的形狀像橡皮鴨一樣，看起來有點像兩個壓在一起的土墩?；蛘咚赡苁莾蓚€獨立的巖石，它們彼此靠得很近。在New Horizo??ns到達Ultima Thule之前的一兩天，我們真的不知道。這個微小的物體比冥王星小100倍，這使得New Horizo??ns的機載相機更難以提前看到。直到New Horizo??ns或多或少地處于對象之上時，才會出現(xiàn)最好的圖片。“這是直到最后一分鐘的距離點，然后你用手指抓住，然后你從一個點到一個世界，在48小時內，”斯特恩說。

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如果一切按計劃進行，那就是這樣。斯特恩認為，這次飛越比冥王星更具挑戰(zhàn)性，當時新地平線位于矮行星表面7,750英里范圍內。那時，地球的無線電通信耗時4.5小時到達新視野。但是現(xiàn)在太空船距離太遠，需要更長的時間 - 六個小時 - 才能獲得車輛信號。再加上Ultima Thule的小尺寸和模糊，為科學家和工程師克服了更復雜的試驗。

最小的無法預料的細節(jié)可能會在最后一分鐘搞砸。例如，就在上個月，New Horizo??ns團隊在他們意識到航天器略微偏離航線時避免了一個潛在的大問題。他們最終意識到每次車輛重新定位以觀察柯伊伯帶中的一個遙遠的物體時，這一動作都會使New Horizo??ns略微偏離軌道。幸運的是，該團隊及早發(fā)現(xiàn)了這一點，以便他們能夠糾正航天器的軌跡，并決定犧牲一些即將到來的觀察結果，要格外小心。“這是一個遲到的捕獲，但發(fā)現(xiàn)它的人是我的英雄，”斯特恩說。

但現(xiàn)在，還有什么事情要做。飛越序列的最終命令在圣誕節(jié)上傳到航天器，這些命令無法更改。New Horizo??ns必須按照自己的設計行事：在1月1日美國東部時間上午12:33由Ultima Thule飛行，在距離巖石表面2200英里的范圍內飛行時，執(zhí)行一系列預先計劃好的任務。它會捕捉圖片，繪制物體表面，尋找衛(wèi)星和大氣，并獲取身體的溫度?；旧?，它將嘗試在幾秒鐘內學習關于Ultima Thule的一切。

然而，在我們獲得那些第一個誘人的近距離圖像之前，這將是一個短暫的等待。飛越四小時后，新地平線將向地球發(fā)出信號，讓任務團隊知道這次遭遇是否成功。由于無線電通信需要六個小時才能到達我們的星球，如果飛行按計劃進行，我們將不會知道10個小時。然后在第一個信號發(fā)出幾個小時后，New Horizo??ns將開始長時間回送其收集的所有數(shù)據(jù)，包括第一張高分辨率圖片。

將所有這些數(shù)據(jù)帶回地球將需要長達兩年的時間。New Horizo??ns將收集大約50千兆位的數(shù)據(jù)，這是您可能在小型閃存驅動器上找到的存儲容量。但由于航天器的處理能力較低，將一切下行到地球需要長達20個月的時間。所以新的驚喜和圖片將在整個2019年和2020年繼續(xù)出現(xiàn)。

至于我們在Ultima Thule會發(fā)現(xiàn)什么，任務團隊不愿意推測。巖石真正屬于太陽系對象的一個??新類別，我們可能找不到先例。但斯特恩樂觀地認為我們會看到令人驚奇的東西。“我不做預測，”斯特恩說。“我在冥王星做出的唯一預測就是我們找到了一些很棒的東西，我們做到了。我覺得這很有趣，我們不知道我們會看到什么。“