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小薑雜談:新視野號

Andy Yang
2015 年 7 月 14 日, 下午 06:31
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我們小的時候學的天文,一共有九大行星:水、金、地、火、木、土、天王、海王和冥王星。雖然可憐的冥王星後來被踢出了主要行星的行列,被降格成了矮行星,但新視野號(New Horizons)計畫規畫的時候,它依然是太陽系的行星當中,唯一沒有被人造衛星近距離探訪過的一個。所以為了達成人類的全套收集癖九大行星通通都拜訪過的壯舉,NASA 在 2000 年代初就設計了一個直達冥王星的方案 -- 如今新視野號即將抵達冥王星,讓我們在這個值得慶祝的一刻,一起來了解一下新視野號究竟是什麼吧!

什麼是新視野號?


新視野號(New Horizons)是美國太空總署(NASA)設計的一個直達冥王星和古柏帶(Kuiper Belt,又譯柯伊柏帶)的探測船。因為它是走直線衝出太陽系的軌道的關係,所以不需要太複雜的重力彈射輔助,只有中間利用了木星一次,因此也就不用花上好幾年的時間在各行星間繞走。即便如此,新視野號自從 2006 年一月發射至今,仍然花了長達九年半的時間才走完這遙遠的距離,抵達冥王星。

新視野號的任務有什麼重要性?

雖然設計到發射時,新視野都是以「完整探索太陽系的所有行星」為目標,但就在它發射之後沒有多久,冥王星就被踢出了「大行星」俱樂部,被降格成了「矮行星」。但是新視野號的任務並沒有因此而降低重要性 -- 太陽系的行星大致上可以分成四顆靠內側的「類地行星」和四顆靠外側的「氣體行星」。雖然八顆行星各有各的特色,但我們都或多或少有一定的了解了。

然而冥王星是在氣體行星之外的另一個完全不同的地帶「古柏帶」的一員,這片區域就像火星和木星之間的小行星帶一樣,是一片零碎的小物體散佈的地區,但因為距離太遙遠、這些物體又大多體型不大(冥王星已經是最大的一個了),所以用人類現有的觀測器材能獲得的資訊非常有限。

新視野號除了直達冥王星,並做近距離的觀測之外,科學家也預計在之後再尋找另一顆在目前航道附近的小型星體做觀測,以了解「一般」的古柏帶物體的資訊。

新視野號主要的探測內容是什麼?

除了拍攝大量的照片,滿足我們一般人的好奇心之外,新視野號還有不少重要的科學目標需要完成,畢竟在這次機會之後,NASA 應該會把注意力放在火星和有可能存在液態水的幾顆衛星上,蠻長的時間不會再有類似的遠程探測計畫了。所以除了繪製冥王星和冥衛一的地圖外,新視野號也將分析冥王星的地質、大氣組成、表面溫度等並尋找冥王星還有沒有其他之前沒看到的衛星(目前已經有五個)。

新視野號攜帶了什麼設備?


新視野號大約是一台平台鋼琴的大小和形狀,由一個 200W 的放射熱能發電機提供電力。最重要的器材,也是目前「曝光度」最高的,名為 LORRI -- 它基本上就是一個 8.2 吋的望遠鏡,底部貼著一塊可見光頻段的 1,024 x 1,024 解析度黑白 CCD 感光器。LORRI 除了提供了大部份我們目前看到的冥王星照片之外,它也負責導航定位的功能、以及到時候接近冥王星時,將提供最高解析度的地表照片。

其次,是紫外線波段為主的 Alice,這個儀器將負責對大氣組成進行分析;以及以可見光和紅外線波段為主的 Ralph。Ralph 是另一個非常重要的器材,因為雖然它的可見光 CCD 解析度沒有 LORRI 高,但是是彩色的,所以我們可以從 Ralph 取得色彩,再疊到 LORRI 的高解析度黑白照上,合成彩色的冥王星地表相片。和一般人心目中想像的灰白灰白顏色不同,冥王星從目前得到的照片來看,其實是粉橘色的 @@。其他設備,包括了測量太陽風的 SWAP、測量高能粒子的 PEPSSI、計量宇宙塵的 SDC、和做無線電相關研究的 REX。

新視野號與地球間的通訊是透過 X 頻天線來達成,因為距離遙遠,不僅單程的 lag 長達 4.5 小時,而且頻寬只有少少的 1kb/s。不過為了保險起見,新視野號攜帶了兩組發射器以策安全,這兩套設備在電力允許的情況下(也就是遠離冥王星無所是事的時候),可以同時開動,以不同的偏振發送訊號,讓下載頻寬加倍。即便如此,新視野號存在 SSD 上的龐大資料仍然無法在短時間內全部送回來,所以我們應該會先看到照片的「縮圖」,然後是非視覺的科學儀器的資料(這些應該夠科學家忙好幾個月了),然後才是高解析度的照片。

今天到底是在興奮什麼?


和過往探測土星的卡西尼號、探測木星的伽利略號、或是正在火星上亂轉的好奇號不同,新視野號並不會進入冥王星軌道,所以「抵達」冥王星不是未來數年探測活動的開端,而是僅此一次的機會。新視野將以相對於冥王星 13.8km/s 的恐怖速度,在離冥王星表面僅 12,500km 的極近距離掠過,所以一切將發生地非常快。過去幾天我們的追蹤報導可以看到冥王星愈來愈清楚,但真正最有價值的資料,只有在最近點(發生在我們的今晚八點左右)前後幾個小時的時間內才能取得。可以說九年來的等待,只為了從現在一直到半夜為止的這麼一個小小的窗口,成敗就在此一舉了!

不過,因為前面提到的 4.5 小時延遲,其實等我們收到資料時,至少已經是明天的事了。這麼重要的大事不能看即時直播真是可惜啊...

總而言之,像這樣探索一個即使是 21 世紀的科技,都還完全無法預測會發現什麼的星體的機會,在可預見的未來應該是極為渺茫的了,畢竟以現在的火箭技術能到得了的星體我們都己拜訪過一遍,而再遠的以現代技術來說則是依然可望而不及。所以就讓我們今天暫時再讓冥王星恢復為九大行星的一員,一起來揭開這最後一名成員神祕的面紗吧!