2015年到达冥王星———亲密接触只有24小时———下载数据需要9个月

    “新视野”探测器是为考察冥王星和柯伊伯带设计的。柯伊伯带指海王星之外环绕太阳的物质带。这片区域充满了成千上万的小天体。“新视野”计划的负责人、美国西南研究院的艾伦·斯特恩（Alan Stern）说：“探索冥王星和柯伊伯带就像是对太阳系外层进行考古挖掘工作。通过考察这片区域，我们可以一窥行星形成的古老时代。”

    当“新视野”探测器于2015年到达冥王星的时候，它不过才被人类发现85年，但这个在太阳系边缘运行的天体，以及它在这个区域的许多伙伴却保存了太阳系诞生之初的丰富信息。

    “新视野”这个478公斤的行星考古探测者，在质量上介于两位前辈之间：它重于“先驱者”探测器，却比“旅行者”探测器轻。与NASA曾经发射的“卡西尼”或者“伽利略”探测器相比，算是一个中等大小的行星探测器。

    这个看上去像一把短锹和铁锅组合的家伙一共携带了30公斤的科学仪器和77公斤的推进剂，后者将用于在航行过程中修正轨道或是改变航向。

    由于在太阳系边疆的阳光实在微弱，不太可能使用太阳能电池板，放射性同位素热发电机似乎是“新视野”探测器的惟一能源选择。这个发电机位于探测器的尾部，内装数公斤钚。钚衰变的时候会释放出热量，利用温差，发电机就可以为探测器提供30伏、240瓦的电力。当探测器到达冥王星的时候，它的功率将下降到200瓦。

    在将近10年的孤独旅行中，“新视野”探测器的大部分时间将处于休眠状态，各种仪器将被关闭。在休眠状态下，探测器每周仅向地球发送一个简单信号，宣告自己的存在。此外，探测器每年还将醒来50天，在这段时间里进行“体检”。

    漫漫旅途中，木星将成为“新视野”探测器的惟一中转站。2007年2月到3月间，探测器将从木星身边飞过，它会顺便研究木星和木星的数个卫星。当然，这不是它访问木星的主要目的。“新视野”探测器飞过木星的真正用意在于借助木星的引力场进一步加速，缩短飞往冥王星的时间。

    2015年年初，在距离冥王星还有几个月旅程的时候，“新视野”探测器将完全醒来，开始观测工作。在飞过冥王星的10个星期前，它拍摄的照片清晰程度将超过哈勃太空望远镜。

    “新视野”探测器真正与冥王星“亲密接触”的时间只有1天。在这24小时里，探测器将在冥王星上空数千公里处飞过。此时拍摄的冥王星表面照片的分辨率将达到数十米，这是一个前所未有的清晰程度。探测器将分别在红外线、紫外线和可见光波段观察冥王星，为其绘制出地图，测定冥王星表面的化学成分。

    由于冥王星距离地球十分遥远，即使是光也要走将近4．5个小时。每一个从地球发出的指令都要等上约9个小时才能得到回应。因此，探测器的操纵者必须做好周密的飞行计划。在与冥王星以及冥卫一擦肩而过后，探测器将观察冥王星的另一侧，并飞入冥王星的阴影区域。此时，阳光和从地球发出的无线电信号将穿过冥王星的大气层（科学家直到20世纪80年代末才发现冥王星也有大气层），通过观察大气层对光和无线电波的作用，科学家可以推测出冥王星大气的成分。

    在执行完探测冥王星的任务之后，“新视野”探测器将按计划前往另外几个柯伊伯带天体———冥王星在这个区域的“兄弟”。目前科学家还没有选定观测目标，这要等到探测器与冥王星相会前后才能做出决定。如果“新视野”探测器拥有足够的推进剂，那么它至少可以运作到2020年。

    “新视野”探测器拥有一架2．5米直径的碟形天线，它的任务是在50亿公里外与地球进行通讯。探测器经过木星的时候，向地球传送数据的速率只比电脑拨号上网的速度稍低，随着距离的增加，通讯会越来越困难。当探测器到达冥王星的时候，它仅能以每秒600～1200比特的速率发回图像和数据（比最低档的家用传真机更慢）。因此每一幅照片可能都需要数小时才能传回地球。事实上，科学家可能需要在探测器与冥王星相遇之后的9个月里才能把数据全部下载完。

    太阳系的大航海时代

    冥王星的发现与海王星有关。19世纪中叶天文学家发现海王星之后，一些人觉得海王星的存在仍然不能完全解释天王星运行轨道的异常。有人提出，在海王星之外还应该存在一颗X行星，它的引力影响了天王星和海王星的轨道。

    美国天文学家珀西瓦尔·洛韦尔（Percival Lowell）自己花钱，在亚利桑那州建立了一个天文台，他曾因声称火星上存在着人工开凿的运河而出名。后来，他把研究目标转向了寻找X行星，并进行了大量的计算，试图预测出X行星的位置。

    洛韦尔直到1916年去世也没有看到这颗新行星，但是他的愿望并没有完全落空。14年后，正是在洛韦尔天文台，年轻的天文学家克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）终于在许多照片中找到了一个黯淡、缓慢移动的光点。这颗新行星被命名为冥王星。它有一个十分古怪的椭圆形轨道，不仅与其他行星的轨道有很大的夹角，而且有一段时间它比海王星距离太阳还近。

    自那以后的几十年中，冥王星对于天文学家而言不过是一个黯淡的光点。1978年，美国海军天文台发现了冥王星有一个卫星。与其说冥卫一（卡戎）是一个卫星，不如说它与冥王星组成了一个双行星系统，因为它的直径约有冥王星的一半，而冥王星的直径也不过2400公里左右，比月球的直径还小。

    直到1996年，天文学家才首次利用哈勃太空望远镜看到了冥王星的表面，它实在是太遥远了，即使是哈勃望远镜，拍摄到的冥王星表面也不过是数个明暗相间的区域。

    1962年，美国向金星发射了“水手2号”行星探测器，揭开了太阳系大航海时代的序幕。各种探测器首先访问了水星、金星和火星这三个内行星。1973年，美国的“先驱者10号”探测器访问了木星。6年后，先驱者11号访问了土星。

    1977年，NASA发射了两个“旅行者号”行星探测器。“旅行者”兄弟在此后的10年中成了最引人注目的科学明星。它们不仅造访了木星和土星，还为天王星和海王星拍摄了近距离的照片。许多人还记得“旅行者号”上搭载的“地球之声”金唱盘，还有旅行者1号给太阳系拍摄的“全家福”。

    那么冥王星呢？两个“旅行者号”探测器都没有访问冥王星。旅行者1号需要访问土星，因为科学家急于知道土星和它的一个著名卫星土卫六（泰坦）的情况。而旅行者2号则要访问天王星和海王星———科学家对这两个气态行星也很感兴趣。这意味着事情不能两全，两个探测器都无法再兜个圈子去访问冥王星。

    面对有限的探测器和更多数量的行星，做出访问哪些而忽略其他行星的决定是困难的。但是如果操纵“旅行者号”的科学家在1992年而不是在1979年做出它们的决定，那么情况可能就不一样了。1992年，美国天文学家大卫·朱维特（David Jewitt）和他的同事在夏威夷群岛的天文台发现了冥王星的第一个“兄弟”———一个柯伊伯带天体（KBO）。这个只有冥王星万分之一亮度的天体让天文学家肯尼思·埃奇沃思（Kenneth Edgeworth）和杰拉德·柯伊伯（Gerard Kuiper）于半个世纪前分别提出的一个理论复活了。这个理论认为在海王星之外的轨道上存在一个区域，这个区域里有大量的小天体。

    这些柯伊伯带天体不但被认为是一些彗星的来源（此前科学家认为彗星的主要来源是太阳系更边缘地区的奥尔特云），还保存了太阳系诞生之初的原始信息，就像是太阳系的化石。研究这个区域，有助于科学家了解太阳系早期演化的情况。

    冥王星探测器的诞生———九大行星至此尽收眼底

    尽管将近10年的飞行旅程十分漫长，但斯特恩和一群科学家提出计划、争取资金和设计冥王星探测器的历程更长。上个世纪六七十年代，太阳系大航海时代的黄金时期似乎已经过去了，美国在太空计划上失去了强有力的竞争对手苏联，自身也面临着经济衰退，访问冥王星的计划还具有吸引力吗？

    这个问题正是斯特恩和一群年轻的天文学家想要解决的。根据美国行星学会网站的一份资料，1989年，斯特恩等人在马里兰州巴尔的摩的一家餐馆里聚会，首次商讨如何让NASA支持一项冥王星探测器的计划。他们当时也许不会想到，直到17年后，他们的梦想才变成现实。这年晚些时候，斯特恩和他的同伴开始从事第一个冥王星探测器计划的研究工作。这个计划被称为“冥王星350”。顾名思义，计划的目的是向冥王星发射一颗重350公斤的探测器。1992年，NASA决定从“冥王星350”和另一个独立于斯特恩的计划———“冥王星快速飞越”探测器（PFF）中选出一个。PFF成为当时的胜利者，这意味着NASA将建造两个更轻量级的探测器，花7年时间抵达冥王星，并从冥王星的两侧分别飞过。斯特恩为PFF安排了俄罗斯的运载火箭。

    到了1995年，由于柯伊伯带逐渐吸引了科学家的注意力，NASA再一次决定修改冥王星探测计划，在PFF基础上研制的新的探测器名为“冥王星－柯伊伯快车”（PKE），但这辆“快车”一直没有启程。2000年，NASA首先把两个探测器减为一个，随后取消了这个耗资10亿美元的项目，并表示不会有后继的项目。NASA的这个决定激起了科学界内外的反对，迫于压力，2000年底，NASA表示将寻求一个新的冥王星探测计划，但是预算不能超过5亿美元。

    斯特恩这次终于抓住了机会，他负责的“新视野”探测器被NASA选中。2003年遇到经费削减的威胁，“新视野”又差点儿夭折。如果不在2006年发射“新视野”探测器，那么下一次借助木星引力的时机将在本世纪20年代中期。随着冥王星逐渐远离太阳，到那时候冥王星的大气层可能已经冻结了。下次冥王星大气层重新出现的时间将是23世纪。

    最终，“新视野”探测器逃过了这一劫，走向了火箭发射架。当被问及对过去十多年的努力以及即将到来的发射有何感想时，“新视野”计划的负责人斯特恩告诉笔者：“我们已经做好了发射的准备，对于我们所做的感到激动和自豪。”

    然而“新视野”探测器能否让行星科学家满意呢？朱维特认为，“新视野”首次造访冥王星这件事本身是非常重要和令人兴奋的。但由于技术条件的限制，它能提供的东西不是特别多。朱维特在与笔者的通信交谈中表示：“事实上，科学研究的前沿已经移到了太阳系的外层。仅仅让一个探测器飞过太阳系的外层是不够的。”

    还有另外一个因素可能会减弱“新视野”的魅力———冥王星风光不再。当冥王星探测器计划首次被提出的时候，它还是太阳系第九大行星，随着越来越多的柯伊伯带天体被发现，许多天文学家开始认为，冥王星不过是一个普通的、个头儿稍大的柯伊伯带天体，它是否应该被称做“大行星”？去年7月底，一组美国天文学家甚至宣布他们发现了一个直径不小于冥王星的柯伊伯带天体。主要发现者、加州理工大学的天文学家迈克尔·布朗说，他把这一天体命名为第十大行星。这一事件在当时引起了相当大的关注和争议。但是这也意味着冥王星的地位变得更加不那么独一无二了。

    “冥王星或许不那么重要了，但是太阳系的外层还是很重要的”，朱维特说，“我们需要的是一个柯伊伯带探测计划，对许多柯伊伯带天体进行采样和进行详细的研究”。他认为，尽管“新视野”这样快速飞越型的探测器在未来的前途不大，但它仍将是行星探测领域的一位先驱者。

    至此，太阳系九大行星尽收眼底，全部获得了一次近距离观测。