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 美国探测器将赴冥王星 动力靠核能 速度破纪录


http://www.sciencehuman.com   科学人  网站 2006-01-23

  

科技时代_美探测器将赴冥王星 动力靠核能速度破纪录
新视野号探测器飞抵冥王星模拟图(图片来源:美国宇航局网站)

    在太空中“星尘”号刚刚着陆,美国宇航局的另一部探测器又将远航。北京时间18日凌晨2时24分,蓄势已久的“新地平线”号冥王星探测器将从卡纳维拉尔角发射升空,探索太阳系中最深远的那颗行星———冥王星及其所在的柯伊伯带。十年磨一剑。这就是“新地平线”旅行任务的真实写照。从发射升空到近距离探测冥王星,“新地平线”将飞行近10年的时间,去探测这颗人类知之甚少的行星。

    冥王星探索行动五大看点

    “新地平线”开创了数个“第一”:2006年打出的太空探索第一炮;人类探测器第一次拜访冥王星;速度最快的人造飞船。不仅如此,“新地平线”还有很多与众不同的故事,令人期待。

    白宫特许使用核电源

    由于冥王星距离太阳遥远,太阳电池板的效率太低,因此“新地平线”号飞船需采用核能源发电。按照法律程序,使用核能源必须得到白宫特许。

    2005年8月5日,美国正式公布了该项目的《环境影响最终声明书》。随后,白宫正式授权使用核能源。

    冥王星长啥模样?

    冥王星对于人类来说一直是个难解的谜。首先,它的身份是个谜。冥王星到底是不是行星,至今仍有争议。它的质量很小,仅为地球质量的0.0024倍;它的轨道十分特殊,绕太阳一周要上百个地球年;它自转异常,周期达到6日9小时17分;更有争议的是,它的成分和周围的小行星成分相似,为岩石和冰块,令人不得不怀疑它是行星还是游离的小行星。

    其次,它的结构也是谜。冥王星既不像火星那样是类地行星,也不像土星那样是类木行星,而是第三种类型,称为冰矮星。人类现在连冰矮星长什么样都不清楚。

  双子星真与否?

    冥王星是九大行星中离太阳最远的一颗,也是最小的一颗,直径为2300千米。它的身边有颗“使臣”卫星,称为查农,取自专门摆渡死者通过冥河道冥界的神话人物的名字。

    太阳系大多数卫星的直径都只及所围绕行星的百分之几,但查农直径达1200千米,接近冥王星直径的一半。因此有科学家提出,冥王星和查农会不会是一对双子星?

    柯伊伯带天体

    冥王星的外围有一层特殊的天体带叫做柯伊伯带。这是太阳系里最冰冷、最黑暗的区域,它非常神秘,一年到头没有阳光,仿佛冥界地狱一般。这里保留着太阳诞生时遗留下来的大量物质。现代天文学理论认为,包括地球在内的各大行星都是由这些恒星残留物质形成的。

    柯伊伯带天体众多,仅直径在100公里以上的天体就超过10万个。在这些天体中有很多双星系统,整个柯伊伯带仿佛制造双星的加工厂。

    此行将带回啥答案?

    冥王星表面大气的最外层分子可以获得足够能量挣脱冥王星的引力作用,这种“流逸”现象可能将为人类找到其他适合人类居住的星球提供线索。

    冥王星身边的查农很像地球身边的月亮,此番探测还将对研究地月系统的形成根源有重要意义。

    更深一步,“新地平线”将对柯伊伯带进行研究分析,对研究太阳系早期形成提供重要依据。科学家将借此得知,柯伊伯带到底有多少天体?这些天体是什么是彗星还是小行星?柯伊伯带的边界在哪?45亿年前的行星是如何形成的?

  50万地球人问候冥王星

    虽然孤身前往,但是“新地平线”此行并不孤单。它将带着50万地球人的名字,一起走过漫长的旅途。

    为了向冷漠的冥王地界送去地球人最热烈的问候,也为了使更多天文爱好者参与到项目中来,负责建造飞船的美国霍普金斯大学应用物理实验室曾在一年前开展了一项读者互动栏目。

    他们在实验室主页上新开辟了一个专栏,天文爱好者只要把自己的姓名输入那张名为“飞向冥王星”的电子卡片内,确认成功后,他们的名字就可以随着“新地平线”号飞船一起,飞向从未被人类探索过的冥王星。

    截止到发射前期,该网站共接受了来自全球50万人的名字注册。

    趣味数说新地平线

    2:“新地平线”将为冥王星带去两件特殊的礼物,一件是美国国旗,另一件是一张CD,CD上刻有曾在“飞向冥王星”网站上签名的网友姓名。

    10.9:由于不能安装太阳能电源,“新地平线”一路上将靠10.9公斤钚的放射性衰变提供能源。

    7:“新地平线”将携带7部科学仪器,用于拍摄冥王星和查农的表面情况。

    100:“新地平线”号将创人造飞船的速度纪录,可达到每小时49889公里,比喷气客机快100倍。

    474.3:“新地平线”号飞船重约474.3千克,设计结构像暖壶。

    7亿:“新地平线”号共耗资7亿美元,仅发射一个过程就耗资5.5亿美元。

    48亿:“新地平线”将飞行48亿公里。据悉,冥王星到太阳间的距离是地球到太阳的距离的38倍多。

    大部分时间在休眠

    拥有3级发动机的“宇宙神-5”重型火箭17日将以每小时5.76万公里的惊人速度把“新地平线”号送离地球。因地球与冥王星之间相隔数十亿公里,“新地平线”此行仍需要至少9年半时间,因此旅途中必须尽可能节约能量,在大部分飞行时间,它将处于“休眠”状态,每个星期向地球发送一次信号,汇报其状况。地面上的科学家每年将唤醒它一次,对其设备进行检查。

    负责这一项目的美国西南研究所科学家艾伦·斯特恩说,尽管需要漫长的等待,但最终的回报完全值得我们等待这么久。

    “这是真正意义上一系列行星初步探索项目的顶峰,”他说,“冥王星、它的卫星以及太阳系中的这一区域存在如此多谜团,‘新地平线’号(的发现)将彻底改写所有教科书。”新华担心太空遭核污染据当地媒体16日报道,“新地平线”发射前夕,30名抗议者自发组织起来上街抗议,矛头直指此次项目的特色之一———核能源。

    这些抗议者在卡纳维拉尔角的空军基地外高喊,基地的围栏上被系上了许多彩色的千纸鹤。尽管曾引起抗议,但“新地平线”号还是使用了核电能。抗议者批评说,如果发射失败,核能源就将对100公里内地区造成辐射污染;况且,那么漫长的旅途,一旦出现失误,就会对洁净的太空造成严重的核污染。

    事实上,这种担心并非多余。美国宇航局甚至做好了这方面的准备。他们日前正式通知联合国和国际原子能机构称该探测器携有放射性物质,如飞行发生意外,美将对受灾国家提供援助。

    根据计划,“新地平线”号飞行线路将经过南非和澳大利亚。目前,联合国有关机构已经通知探测器要飞临的相关国家做好预防灾难的准备。如果本次发射真出现意外,美国将向这些国家提供防灾援助。(闻新芳)

  【新闻链接】

    与行星的“第一次亲密接触”

    水星:美国宇航局的“水手10号”探测器1974年首次掠过水星。美国宇航局2004年发射的“信使”号探测器将于2011年左右到达水星,成为第一个进入水星轨道的探测器。

    金星:第一颗绕越金星的探测器是美国的“水手2号”,它1962年8月发射升空,同年12月与金星近距离接触。1970年,前苏联的“金星7号”探测器首次在金星上着陆。

    火星:第一次成功到达火星的是美国的“水手4号”探测器,它1965年7月14日在火星表面上空掠过。

    木星:第一个拜访木星的探测器是美国1972年3月发射的“先锋10号”,它1973年12月进入木星上空。

    土星:美国宇航局的“卡西尼”号飞船1997年发射升空,但直到2004年才进入土星轨道。2005年初,“卡西尼”号释放了“惠更斯”探测器,后者成功在土卫六上着陆。

    天王星:第一个也是唯一的一个访客是“旅行者2号”。“旅行者2号”1977年发射升空,直到1986年才从距离天王星最近的点飞过。

    海王星:和天王星一样,海王星只被“旅行者2号”近距离访问过,初访时间是1989年。(闻新芳)

   [现代快报]

 

相关报道

身佩"七剑"远征冥王星 "新地平线"号详解(图)

    长途跋涉启用核能

    按计划“新地平线”号要经过10年的长途跋涉才能到达冥王星,在那里,太阳只是昏暗天空中一颗明亮的恒星,阳光强度比地球上弱1000倍,靠太阳能提供动力是不现实的。因此,“新地平线”号将使用放射同位素热电发电机,它将依靠所携的10.9公斤钚丸放射性衰变能源提供动力。

    40多年来,这种核燃料发电机曾在25次太空探测中使用,其中包括6次探测月球的阿波罗飞行,两次探测木星和探测土星的飞行,以及两次探测火星的飞行。为了确保安全,二氧化钚燃料被封装于特制的球形防火陶瓷中,这种陶瓷在水中有抗分解能力,不易与其他化学物质发生反应,一旦破裂可形成较大的颗粒和碎片,产生的危险比微型颗粒要小。事实证明,在长距离太空探索中,使用这种发电机是安全可靠的。

    由于路途遥远,科学家设计让“新地平线”号在大部分飞行时间里处于“休眠”状态。但要求它每周执行一次汇报任务:向地球发回信号,打个招呼,报告一下自己的身体状况。科学家将每年“唤醒”它一次,对其设备进行检查。虽然它装备了7种科学仪器,但这些仪器的总能耗在飞行途中将低于一个夜间照明的灯泡。

    探测器身佩“七剑”

    探测器约有钢琴大小,长2.1米,重454公斤,由美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室设计制造。根据美国宇航局的任务清单,“新地平线”号此行要完成了解冥王星大气构成、活动规律、表面特征、是否有大的地质构造、太阳喷发出的粒子如何与冥王星大气相互作用等项任务,为此,研究人员为其配备了7种主要仪器:

    首先是获得高清晰度彩色地图和冥王星及其冥卫一表面成分的设备(Ralph)。该设备主要由多谱线可见光成像相机(MVIC)和线性标准成像光谱阵列(LEISA)组成。MVIC在可见光范围内工作,它有4个不同的滤光器。一个用来测量分布于表面的甲烷霜,其它的分别覆盖蓝、红和近红外等光谱区域。此外,还有两个全色滤光器,当测量发微光的遥远物体时,可让所有可见光通过,从而最大限度地增加仪器的敏感性。从滤光器穿过的光线均被聚焦到一个电偶合器件上。通过该相机可产生彩色地图。LEISA利用热辐射在红外光谱范围内工作,它可像棱镜一样使不同波长的光按不同比率弯曲,这样就可以分别对每种光进行分析。根据量子物理,不同分子辐射和吸收不同波长的光,因此,对光的成分进行分析,就可以鉴别不同的分子。它将用于描绘冥王星表面甲烷霜、氮、一氧化碳、水及冥卫一表面水冰的分布情况。

    其次是放射性实验仪器(REX)。它由一小块集成到探测器通信系统中的含先进电子设备的印刷线路板构成,探测器向地球传输科学数据等所有电信联系均通过它来完成,对探测任务能否成功关系重大。当探测器飞临冥王星时,它上面的83英寸的无线电天线将指向地球。美国宇航局功能强大的深空网络无线电发射机同时对准新视野探测器并向其发出信号。当探测器飞到冥王星背面,冥王星大气将使无线电波产生弯曲,弯曲程度依气体分子的平均重量和大气温度而定。此时,该仪器将记录到的无线电波数据发送回地球进行分析。该仪器还有一种辐射线测定模式,可测量冥王星本身微弱的电磁辐射。当这种辐射线测定在探测器飞过冥王星后回望时,可准确测定冥王星的夜间温度。

    第三是用来探测冥王星大气构成的紫外线成像光谱仪(Alice)。它也不仅可以像棱镜一样将不同组分发出的光分别开来,而且能形成不同波长探测物的影像。

    第四是远程勘测成像仪(LORRI)。由一个20.8厘米孔径望远镜组成,能将可见光汇聚到电偶合器件上,产生高空间分辨率图像。当探测器到达距冥王星最近点时,将由它拍摄高解析度图像。

    第五是太阳风分析仪(SWAP)。可用来测量冥王星附近来自太阳风的带电粒子,以决定这颗行星是否有磁场圈及其大气逃逸速度。

    第六是高能粒子频谱仪(PEPSSI)。可用来寻找从冥王星大气中逃逸的中性原子。这些原子逃逸后即与太阳风作用变为带电粒子。

    第七是尘埃计数器(SDC)。它将沿轨道测量由彗星脱落物和柯伊伯带天体相互碰撞产生的尘埃粒子大小,其中包括从未取样的星际空间。这些仪器将在“新地平线”飞临冥王星的过程中,为这颗遥远的星球描绘出一幅全新的图像。

    [科技日报]

美国冥王星探测器再次推迟发射(图)

科技时代_美国冥王星探测器再次推迟发射(附图)
人类首个冥王星探测器新视野号。(图片来源:美国宇航局网站)

  新华网华盛顿1月18日电(记者曲俊雅)美国宇航局18日宣布,由于负责冥王星探测器“新地平线”号项目的实验室发生停电事故,该探测器的发射时间将再次向后推迟至少1天。

  据宣布,发射延后至美国东部时间19日下午1时8分至3时7分之间(北京时间20日凌晨2时8分到4时7分)。推迟发射的原因是负责冥王星探测项目的美国约翰斯·霍普金斯大学的应用物理实验室18日上午突然停电,且问题尚未解决。

  “新地平线”号原定于美国东部时间17日下午1时24分(北京时间18日凌晨2时24分)在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空,由于风大推迟到18日下午。

  “新地平线”号计划于2015年年中到达冥王星,行程48亿公里。其使命还包括研究冥王星的主要卫星冥卫一以及两个最新发现的冥王星卫星。“新地平线”号之后将进入冥王星外的柯伊伯带。柯伊伯带位于太阳系外缘,据认为由太阳系形成早期的剩余物质组成。

  据悉,如果“新地平线”号的发射因故推迟,不能于2月2日前完成,它就会错过于2007年接近木星并借木星重力场提升自身速度的机会。科学家测算“新地平线”号若直飞冥王星反而会多用至少3年时间。(完)

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

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