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为揭开冥王星面纱,我们等得太久

你舅舅/译)在我还说不出完整句子的时候,我就时常在外边闲逛到过了睡觉时间。我会推开玻璃滑门,抬眼遥望,企图在层层树影中寻找闪烁的群星。那时,我还丝毫不能理解我所见之境。相反,每一束光都代表着一种隐秘,是这巨大未知宇宙的最终边际。

哈勃望远镜拍摄的仙女座星系(左)与银河系(右)。来源:nasa.gov

二十多年来我一直仰赖着这几个世纪的科学发现进行个人探索,这些努力让我如今对这黑夜有了更好的洞察。尽管如此,大量奥秘仍存我心。你可以说,宇宙间绝大部分的领域对我们而言都是一片黑暗(甚至我们的太阳系后院中也有许多不为人知之所)。

冥王星——那冰冷、微小而又孤独的矮行星。浩瀚星空的背景中,它只是距我们59亿千米的微弱一点,即使用最好的望远镜,在星夜中也只能模糊地辨识出它。我们对它知之甚少,只知道它和我们熟知的一切截然不同——太阳系中内圈的类地行星,外圈的气态行星和冰巨星,与它都不一样。近百年来,冥王星一直紧收着它的神秘。但现在,事情有了变化。

1997年5月,位于夏威夷莫纳克亚天文台的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜(JCMT)向南边的天蝎座移动时,发现了冥王星的踪迹。重叠红点是望远镜计算的包括卫星在内整个冥王星系统的运动轨迹。来源: astrobio.net

经过十年漫长的旅行,NASA的新视野号宇宙飞船终于在7月14日和这个冰山世界会面了。新视野号缺乏足够的动力,无法进入冥王星的轨道,甚至不能放慢速度,因此它将会呼啸着飞掠过这颗矮行星,然后飞入更遥远的太阳系世界。这期待已久的飞行探测将给我们带来历史上“第九大行星”的真容。

一颗星星尚未诞生之时

从左到右可以看到,一个几乎看不到的黯淡白点发生了移动。来源:Lowell Observatory

由于距离的遥远,它的渺小和模糊面容,在图上发现冥王星一直是一个难度颇大的挑战。这也难怪在最近的一个世纪,我们才发现它。1930年2月的一个傍晚,克莱德·汤博(Clyde Tombaugh),一位在维斯托·斯里弗(Vesto Slipher)手下工作的年轻研究员,在比对两张感光板时发现一颗黯淡的白点总不安一处,它更像一颗行星在横跨天际。(更多有关发现冥王星的背后的故事,可以参见科里·鲍威尔(Corey Powell)发表在发现上的精彩文章)

冥王星也有陪伴

为啥图片左边的那些突起每隔几年就会消失呢?天文学家意识到,这有可能是一个卫星在前后环绕着冥王星。来源:U.S. Naval Observatory

在这之后的五十年里,冥王星仍是一颗孤独的斑点,即使用最大的地面望远镜观测,依然难以辨识。到了1978年,在美国亚利桑那海军天文台的卡伊·斯特兰德望远镜的帮助下,詹姆斯·克里斯提(James Christy)发现了这颗冰冷的矮行星的一侧似乎有一块凸起。结果它其实是一颗卫星,很快人们就命名它为卡戎(希腊神话中冥河的摆渡人)。和大部分的卫星相比,卡戎出人意料地大:它有八分之一个冥王星那么大;相比之下,月亮只有地球的八十一分之一大。卡戎环绕冥王星的轨道也十分之近,这就是为何它起初被错认为是冥王星上的凸起。

来自……太空的照片

1996年,天文学家利用哈勃望远镜拍到了冥王星正反面相对清晰的照片。来源:Alan Stern (Southwest Research Institute), Marc Buie (Lowell Observatory), NASA and ESA

随着哈勃太空望远镜的发射,科学家们终于能摆脱地球大气的干扰,看清冥王星的模样。1996年,哈勃第一次揭示了冥王星表面的一些细节特征。这些图片显示,冥王星有许多大尺度的对比结构,比太阳系中任何行星都多——除了地球。

尼克斯和九头蛇的发现

哈勃望远镜拍到的两颗冥王星新卫星:尼克斯和九头蛇。来源:NASA,ESA,H. Weaver (JHU/APL),A. Stern (SwRI), and the HST Pluto Companion Search Team

在设计和建造新视野号的那段时间,卡戎是唯一已知的冥王星卫星。在发射新视野号的前一年,哈勃传回的信息显示,还有两颗较小的卫星在冥王星稍远的轨道上环绕,人们随后把这两颗卫星命名为尼克斯(希腊神话中的黑夜女神)和海德拉(希腊神话中的多头蛇)。

哈勃并没有停下发现的脚步:它又帮我们多确定了两颗卫星——科伯罗斯(2011年)和冥河(2012年)。,在新视野号前九年的漫长飞行任务中,它都没能足够接近冥王星,以看清这个家族的全貌——直到2015年5月12日。

新视野号在接近过程中,拍到了冥王星和它的五个卫星。来源:NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute / New Horizons Mission

终于,能够接近冥王星了

事实上,新视野号的大多数任务都异乎寻常地平静,最后的几个星期前,冥王星在新视野号上的相机中始终是只有几像素宽的模糊一点。当新视野号以14千米每秒的速度接近这颗冰球时,冥王星的图像迅速地清晰起来,细节开始浮现。

近一个月前,天文学家再次注意到了冥王星上大尺度的地表特征。一条连续的细长黑暗区域环绕着冥王星的赤道延伸,然后破裂成一条条均匀分布的黑斑。有些细节特征十分黯淡,几乎让这颗矮行星看起来凹凸不平,而不是一个球面。任务首席研究员埃伦·斯坦恩说:“这真是个谜团!我们不知道这些黑斑究竟是什么东西。”

更多最近的照片让我们能进一步看清这颗矮行星腹部边上的醒目特征。有一团区域被NASA的科学家称为“巨鲸”,这块黑色区域位于图中左侧,粗略估计能长达3000千米。在鲸鱼尾上部有一个天文学家们称为“甜甜圈”的圆环区域,这似乎是一个撞击坑,但天文学家表示,在得到更清晰的图像前他们还是持观望态度。在鲸鱼头的右侧,是一块亮斑。似乎是由氮冰、甲烷、一氧化碳组成的反光霜面。然后右侧更远的区域是一串神秘的黑斑。

一张经过处理的冥王星地图,摄于6月27日到7月3日。来源:NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute / New Horizons

意外的邻居?

彩色冥王星。来源:NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute / New Horizons

7月8日,图像加上了色彩。锈红色的冥王星和青白色的卡戎形成鲜明的对比。两颗星星与其说是近亲,还不如说是陌生人。冥王星有着明显的大气层而卡戎却没有。类似氮冰,甲烷和一氧化碳混合物的独特的冰将冥王星包裹,覆盖着卡戎的却是冰冻的水和氨的复合物。

新视野在接近冥王星

随着新视野号的靠近,冥王星和卡戎变得越来越清楚。最后一张是7月11日传回的照片。来源:NASA / Emily Lakdawalla

7月13日,新视野号在关掉雷达前拍了最后一张照片(为了专注于手上的任务,新视野号将与操作员中断22小时的联系)。但这张照片足以让控制中心的人员惊奇了。这张照片是哈勃分辨率的1000倍。在照片中,冥王星的北极在顶部,而暗区则位于它的赤道。

大部分人都在好奇那块明亮区域——那块引人注目的平滑“心形”。图像上的许多明暗斑块都暗示冥王星内部有着剧烈活动,这些活动不管是过去还是在现今都扮演着重要的角色。埃伦·斯坦恩在7月13日早上的新闻发布会中提道。

这就是冥王星的样子,右下角有一块心形暗斑。来源:NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute / New Horizons

飞掠时刻

经过色彩增强处理的冥王星。来源:NASA-JHUAPL-SwRI

这一天终于到来了。7月14日,新视野号成功飞掠冥王星系,最近那一刻,他们之间只相隔1.25万千米,差不多一个地球的距离。当然,整个飞掠过程中,探测器都在抓紧每一分每一秒拍摄,无暇通讯。未来几周,我们将会陆续获得有关冥王星系统的更多详细可视信息(新视野号还需几年的时候才能把它收集到的所有资料传回地球)。而在此之后,人们再也不会有第一次看到古典行星真容的机会了。

新视野号飞掠冥王星全过程。来源:nytimes.com

冥王星、卡戎、九头蛇:更进一步

7月16日凌晨,NASA在发布会上公布了冥卫三和冥卫一的新照片,还有冥王星上出人意料年轻的高大冰峰。

7月16日凌晨,新视野号公布的冥卫三照片。来源:NASA-JHUAPL-SwRI

自2005年发现以来,冥卫三许德拉(Hydra)——你也可以叫它九头蛇——一直是个形状、大小、反照率均未知的模糊光点。新视野号上的LORRI相机分辩出了这颗小卫星的不规则形状,表面不同地区的亮度也差异明显。这颗小小土豆形状的卫星大小约为43千米×33千米。与卡戎一样,它的表面可能被水冰覆盖。

新视野号公布的冥卫一卡戎照片,可以看到深色的极区和巨大的峡谷。卡戎上颜色最深的地区,被非正式命名为“魔多”。对,就是指环王里的那个魔多!来源:NASA-JHUAPL-SwRI

卡戎则更为令人惊讶:它的身上长着蔓延着近千米长,7-9千米深的峡谷,但却缺少撞击坑——这说明它的表面相对年轻,已经被地质活动改变了外观。

新视野号公布的冥王星赤道附近某一区域的细节照片。来源:NASA-JHUAPL-SwRI

至于冥王星,科学家在它身上的一小块区域发现了一座年轻的冰山,差不多3500米高。新视野号地质、地球物理和成像团队的杰夫·默尔(Jeff Moore) 说,这些山很可能形成于不到1亿年前,相对于太阳系45.6亿年的历史,已非常年轻了。他还说,造山运动可能仍在进行当中。这表明,这块占据冥王星表面不到1%的区域,直到今天仍然有着活跃的地质活动。

冥王星的最新色彩增强照片,心形区域更加显眼,很容易看出是一大片冰原,而在它的东北和西南延伸方向,有两块蓝白色区域,似乎是从该平原转移过去的冰。来源:NASA-JHUAPL-SwRI

未来,更远的地方

然而,探测冥王星系统并不是新视野号任务的全部。在经过“第九大行星”之后,它将再一次点燃推进器,并踏上新的旅程:在2019年1月前飞过一个或两个柯伊伯带天体。人们认为这些天体从太阳系诞生到现在的45亿年里没有经受过任何打扰,新视野号将会开启一扇窗口,带我们回到行星初生的遥远过去。(编辑:Ent)

正在越飞越远的新视野号逆着阳光,拍下了银戒一般的冥王星。那一刻他们相距200万千米。来源:NASA-JHUAPL-SwRI

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The End

发布于2015-08-07, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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Shannon Hall

nautilus撰稿人

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