目標：冥王星

矮行星、行星、冰質天體，無論你怎麼稱呼，它一直是太陽系中最神秘也最令人著迷的有待探索的星球之一。2 0 1 5年7月，即在被發現超過8 0年之後，當「新地平線」號抵達冥王星時，我們終於得到了一些答案。為了實現這一目標，人類花費了幾十年的努力。這堪稱人類歷史上最偉大的太空探索歷程之一。

冥王星本身就是一個為神秘所籠罩的天體。當然，還有爭議。當「新地平線」號於2 0 0 6年1月1 9日發射時，冥王星仍被冠以太陽系第九大行星的頭銜。然而，在同年8月，一切都發生了變化。在海王星軌道之外發現了一顆比冥王星還大的天體——鬩神星——之後，國際天文學聯合會通過決議將它降級成了一顆矮行星。

「我為此感到羞愧，」美國航空航天局西南研究所的科學家、「新地平線」任務的領導者艾倫·斯特恩當時說，「全世界只有不到5％的天文學家參與了投票。它不會長久的。這是一場鬧劇。」

斯特恩的不安完全可以理解。他一直致力推動探測冥王星的空間任務。1 9 8 9年，「旅行者2」號成為第一個造訪海王星及其最大衛星海衛一的航天器，在此期間發回了許多驚人的圖像。海衛一被認為是一顆被海王星俘獲的矮行星，可能與冥王星有許多相似之處。當時斯特恩還是一名參與「旅行者」計劃的研究生，他為此深深著迷，成立了一個小組來推動對冥王星的探測。2 6年後，他終於看到了自己的勞動成果。

但冥王星的降級絲毫沒有減弱科學家對這一任務的熱情。我們對冥王星的認識非常有限，雖然已經知道它的軌道特性和大小等信息，但對其表面和物質成分知之甚少。它也是太陽系中有待探測的最後一批較大的天體之一。

我們知道，冥王星的直徑約為月球的2/3。它位於太陽系外圍的柯伊伯帶中，繞太陽公轉一周需要2 4 8年，平均距離約為5 9億千米。在柯伊伯帶里充滿了成千上萬個小型冰質天體，它們被認為是早期太陽系的遺存。因此，對冥王星的探訪其實是一個對這一類罕見天體進行研究的難得機會，因為它們根本就不會運動到地球附近。

冥王星的軌道是一個巨大的橢圓形：到太陽的距離在2 9. 7個天文單位至4 9. 3個天文單位之間，前者甚至比海王星到太陽的距離還要小。事實上，1 9 7 9年至1 9 9 9年，冥王星就位於海王星的軌道之內，為更細緻的研究提供了良機。有天文學家認為，在它的表面之上有一個由氮組成的稀薄大氣層，而凍結的甲烷和氮會在表面形成霜。在繞太陽公轉的過程中，它的表面和大氣會反覆地融化和封凍。

當然，關於冥王星的許多未知（比如，它的表面看上去會是什麼樣子？是像木衛二一樣平坦，還是像土衛二那樣崎嶇？它有哪些獨有的特徵？它是如何與其衛星，例如卡戎，相互作用的？），都是「新地平線」號抵達時需要回答的問題。而這只是天文學家想要了解的首批問題。「冥王星賦予了我們第一個探測太陽系『第三區』中天體的機會，它們遠在類地行星和巨行星之外。」西南研究所的約翰· 斯潘塞當時說，「冥王星是那裡成千上萬個天體中最大的，它與我們之前探測過的天體都有巨大的不同。」

「新地平線」任務的成形歷經了許多年。一開始美國航空航天局曾考慮派遣「旅行者1」號在2 0世紀8 0年代末飛掠冥王星。但是，該任務被認為風險過高，而土星的衛星土衛六被認為是一個更現實也更為有趣的目標。因此，最終將冥王星排除在外。

不過這倒激勵了斯特恩和其他幾個年輕的行星科學家，他們在1 9 8 9年成功說服美國航空航天局開始研究冥王星任務的可行性，該項目被稱為「冥王星-3 5 0」。

該任務提案始於一個相對簡單的探測器， 重3 5 0千克，攜帶四台儀器設備。即便只有「旅行者」探測器一半的重量，它也被認為具有爭議且高風險。隨後的方案則計劃發射一個類似於「卡西尼」號的航天器，攜帶一個子探測器，後者將被投放到冥王星上。然而，在1 9 9 2年美國航空航天局削減預 算 期間，該任務被指成本過高。

緊隨其後的是搖擺不定的近1 0年時間，美國航空航天局手上握著數個冥王星探測提案。美國航空航天局認為，攜帶儀器較少的小規模任務、非核動力且耗時的任務以及攜帶大氣探測器等過於複雜的任務都是要不得的。身為冥王星任務的主要倡導者之一，斯特恩試圖說服美國航空航天局批准有關的提案，他甚至尋求與俄羅斯和歐盟之間的多國合作，但這一切都石沉大海。

之後，在2 0 0 1年，事情終於有了突破。來自科學界和公眾的壓力最終說服美國航空航天局主管空間科學的副局長愛德華·韋勒，開始接受飛掠冥王星和柯伊伯帶任務的提案。

這些提案的目標是設計一個可納入美國航空航天局「新前沿」項目的中型航天任務。該任務可以用「宇宙神V」型火箭或者「德爾塔IV」型火箭發射，能在2 0 2 0年前完成對冥王星的飛掠，成本不超過5億美元。相比之下，「發現」項目的成本更低，而「旗艦」項目的成本更高。

「新地平線」號

2 0 0 1年4月6日，美國航空航天局共收到五份提案，其中之一便是由斯特恩領導、美國約翰· 霍普金斯大學應用物理實驗室和西南研究所共同參與的「新地平線」項目。2 0 0 1年6月6日，「新地平線」項目和美國噴氣推進實驗室的「冥王星和外太陽系探測器」提案被選中進入下一步深入研究。

在9月2 4日遞交了第二份提案之後，斯特恩便開始焦急地等待美國航空航天局做出最終的決定。2 0 0 1年1 1月2 9日，他接到美國航空航天局的電話，被告知「新地平線」項目被選中將前往冥王星。

一個雄心勃勃的探險任務就此開始。在此之前，還從未有人認真思考過這麼遙遠的飛掠任務，更不用說去嘗試了。研發和主導這一任務的應用物理實驗室和西南研究所都是行星探測方面的「新人」，降低探測器的風險就顯得十分必要。因此，成本和進度就成為重中之重。與此同時，在「新地平線」號研發的過程中，有關冥王星系統的新發現不斷湧現，例如冥王星的新衛星。

「一旦獲得了資金，最大的技術挑戰包括設計一個能可靠運轉近1 0年的航天器，」斯潘塞解釋說，「然後它還要能自主且完美地完成探測任務。」在冥王星的距離上，無線電通信信號往返需要8個多小時。所以，「新地平線」號必須在沒有地面控制人員幫助的情況下應對飛掠冥王星的過程中遇到的任何問題。

在「新地平線」號研發的過程中，總共有2 5 0 0人參與。最初計劃於2 0 0 4年發射，最終發射時間定在了2 0 0 6年年初。在2 0 0 6年1月1 9日的第二次倒數計時時，「宇宙神V」型火箭將其送入太空，當時冥王星的發現者克萊德·湯博已去世9年。

為了在可承受的時間內抵達冥王星，這次發射必須達到人類歷史上最快的速度。離開地球大氣層時，「新地平線」號的時速達到了5 8 5 3 6千米，是噴氣式飛機的1 0 0倍。它僅用了短短9小時便飛過了月亮，而同樣的旅程「阿波羅」任務要花3天。發射後1 3個月，它就抵達木星。利用木星的引力助推，它進一步加速前往冥王星。

隨著其最終抵達時刻的臨近，「新地平線」號進入了其任務的關鍵階段。2 0 1 4年8月2 5日，「新地平線」號越過了海王星的軌道。海王星是它抵達冥王星前越過的最後一顆行星。8月2 9日，任務工程師再次讓其進入休眠狀態。「新地平線」號每年大約有1 0個月處於休眠狀態，以此來節省電力和燃料。這並不是說它處於無人看管的狀態，每個月工程師都會接收它發回的遙測信號來檢查其子系統的狀況。同時，如果需要的話，每年會有2個月的時間對其儀器進行校準，對航向進行修正。

2 0 1 4年1 2月6日，「新地平線」號從休眠中醒來，並將在之後的2年里保持清醒。它為抵達冥王星做好了準備，然後實現飛掠並把數據發送回地球。在完成對冥王星的飛掠之後，它將重新設定航向，去往柯伊伯帶內的其他目標。在這之前，哈勃空間望遠鏡已經完成了對這些後續探測目標的初步認定。這些探測可以為了解太陽系漆黑而冰冷的外圍區域中的天體提供新的認識。

「新地平線」號與冥王星的相遇從2 0 1 5年年初開始，持續約2 0 0天。這包括約1 7 0天的進近階段，兩者的距離會縮小到只有1 0 0 0 0千米，然後是3 0天的飛離階段。

在最靠近的時候，「新地平線」號上的一台照相機會以每像素2 5 0米的解析度拍攝冥王星及其衛星卡戎的圖像，而另一台儀器能獲得的圖像解析度更高，可達每像素5 0米。它們會向我們展現許多冥王星和卡戎的重要特徵。冥王星的大氣層也會被仔細研究，同時「新地平線」號還會探測卡戎周圍是否有大氣。

在最接近冥王星之後1 4分鐘，「新地平線」號以2 7 0 0 0千米的距離飛過它最大的衛星。此後約3 6分鐘，在回望冥王星的過程中，它進入冥王星的影子，由此可以看到太陽光是如何與冥王星大氣層發生相互作用的。8 5分鐘後，它進入卡戎的陰影中。

儘管這些行進路線和觀測可以事先確定，但「新地平線」號在冥王星上究竟會看到什麼仍有爭議。「沒有意外才是真正的意外！」斯潘塞興奮地說，「我想它的表面看上去會非常有趣且富於變化，有些地方黑如瀝青，有的則潔白如雪。那裡可能有至少三種不同的霜凍。我們知道，冥王星有一個稀薄的氮大氣層且正在外泄，它還有至少五顆衛星，所以那裡肯定有許多值得一看、值得去研究的東西。」

在探訪了冥王星之後，「新地平線」號會有什麼新的工作也同樣令人感興趣。世界各地的天文學家正在試圖尋找可供它造訪的柯伊伯帶天體。待目標最終確定之後，「新地平線」號才有可能進行擴展任務。

但無論結果如何，「新地平線」號都有望成為歷史上最不可思議的太空任務之一。當冥王星的第一張照片被傳回地球的時候，毫無疑問它成了全球媒體追逐的焦點，就像此前「羅塞塔」號登陸彗星一樣，只不過這一次的目標要大得多。

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