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新视野号抵达柯伊伯带,拍下真实画面!无法想象这就是外太阳系

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对于我们人类而言,浩瀚的宇宙遥远而又神秘,本能中的求知欲让我们无数次向宇宙迈出探索的脚步。

一开始我们通过望远镜在地球上观测天空,随着科技的发展进步,这么遥远的距离不再能让我们感到满足,我们想要近距离看看这个宇宙,甚至亲自登上外太空星球的土地。


于是,我们发射了人造卫星、空间望远镜、宇宙探测器、甚至载人飞船。

其中,宇宙探测器能够成为我们的眼睛,代替我们站在宇宙中回望地球。

美国在1977年发射的旅行者1号探测器是目前飞行速度最快的飞行器,因为它受到了几次引力加速的作用。它也是第一个穿过太阳圈进入星际介质的飞行器。

1990年,旅行者1号传回了在遥远宇宙中拍摄的地球照片,照片上的地球只是一个很小的淡蓝色圆点。


在2012年,旅行者1号就到达了太阳系边缘,由于已经达到宇宙第三速度,无法再受控返回地球,如今,旅行者1号还在继续往宇宙更深处飞行。

在人类对宇宙以及其中各种天体的研究过程中,探测器也起着十分重要的先锋作用。

1976年,成功登陆火星表面的维京一号传回了第一张火星全景照片。


在我国的探月工程中,也是有了嫦娥三号的探测基础,嫦娥五号才能进一步采集月球上的土壤样品并成功返回。

不过,这些探测宇宙的“勇士”很多都在中途折戟了,还有一些经历坎坷,比如小猎犬2号。

这是英国研发的一个着陆航天器,任务是探测火星表面的生命迹象,于2003年发射。

在它准备按计划进入大气层的时候,突然与地球失去了所有联系。

由于一直没能和小猎犬2号取得联系,有人质疑它根本没有登陆火星,又或者是已经在抵达火星表面的时候撞毁。


小猎犬2号

但在2015年,多个国家的研究人员经过观测,确认小猎犬2号已经登陆了火星,只是当时它出现了故障,没有按计划开始工作任务。

目前,飞出太阳圈的探测器只有旅行者1号和旅行者2号,由于技术限制,人们无法获取它们的飞行画面,只能通过无线电波进行联络。

人类仍然不知道太阳系边缘甚至那之外的世界是什么样子,直到2019年1月,美国发射的新视野号传回了太阳系边缘的照片,那是位于柯伊伯带的一个天体,也是目前我们探测到的最遥远的天体。


人类首次看到了太阳系边缘的景象,并且再一次为宇宙的宏大和广阔而震撼。

什么是柯伊伯带

在20世纪之前,人们一直认为海王星是太阳系最遥远的天体,一个天文单位为1.5亿公里,海王星到太阳的距离有30多个天文单位。


即使在目前,我们的科技水平也难以到达这么遥远的地方。

只有旅行者2号曾经到过海王星,并为它近距离拍摄了一张照片。从照片中来看,海王星基本上被淡蓝色覆盖,是一颗寒冷的气态巨星。


但是1930年,天文学家汤博观测到了冥王星的存在,它的位置比海王星还远。

科学家们发现太阳系远比曾经以为的要大,继续研究探索,发现了柯伊伯带的存在。

最初,美国天文学家弗雷德里克·伦纳德提出,在海王星外很可能还有其他天体群,1951年,杰拉德·柯伊伯根据太阳系的演化理论进行推测,认为太阳系边缘存在一个狭长的圆盘,而这个圆盘中包含着各种各样的天体。


杰拉德·柯伊伯

1992年8月,天文学家大卫·朱维特和他的学生刘丽杏发现了除冥王星、卡戎之外的第一个海王星外天体,自此证实了柯伊伯的假说。

柯伊伯带是位于海王星轨道外侧的圆盘状区域,里面的天体十分密集,有点类似于小行星带,但它比小行星带宽20倍,重20到200倍。

在柯伊伯带中,大多数天体的组成成分主要是甲烷、氨、水,被称为冰质天体。

目前我们已经在柯伊伯带中发现了三颗矮行星,其中首先被发现的是冥王星,它的体积和质量都是最大的。


冥王星

冥王星被发现之初,人们将它视作第九大行星,随着发现的天体数量增多,国际天文联合会重新定义了行星,将冥王星划入矮行星。

冥王星的温度非常低,最低的时候能够达到零下200摄氏度。

不过,据科学家推测,冥王星在形成之初的温度非常高,并且这样的高温很有可能形成地下海洋。

第二个被发现的是妊神星,它的质量是冥王星的三分之一,妊神星在2004年第一次被观测到,并在2008年被命名。

根据光变曲线的计算结果,人们推测,妊神星具有十分独特的形状。

它的长半轴为短半轴的两倍,呈椭球形,附近有两颗快速公转的卫星。

专家认为,这是因为妊神星在宇宙中跟其他天体产生了碰撞。妊神星是这个碰撞家族中最大的一个。

在宇宙中,因为产生碰撞而有着共同起源的天体被称为碰撞家族,它们的组成相似,并且几乎共用轨道,比如地球和月球。

最后是鸟神星,它的直径大约是冥王星的四分之三,是QB1天体中最大的天体之一。


鸟神星

其实鸟神星的亮度并不低,大约比冥王星要亮五分之一,但是在很多比它更暗的柯伊伯带天体都被发现之后,鸟神星才被观测到。

这是因为鸟神星的轨道倾角高,而且离黄道非常远。

我们往往会从黄道搜寻小行星,因为太阳、月亮和很多行星都处在这个平面上。

新视野号开拓的“视野”

尽管我们已经确认了柯伊伯带的存在,但却始终无法深入这片区域。

直到2006年,美国发射了新视野号,它的任务是探测冥王星和柯伊伯带。


这是第一艘飞越并探测冥王星和它的三颗卫星的空间探测器,它也携带着代表人类文明的物品,甚至带上了冥王星发现者的骨灰。

这艘肩负重大使命的探测器的发射过程也并不是一帆风顺的,新视野号原定于2006年1月17日发射,时间越来越近,地面却突然出现强风,不得不推迟新视野号的升空。

此后,负责该项目的控制中心又出现了停电事故,导致时间再次后延。直到两天后,新视野号才顺利点火发射。


借助燃料脱离地球引力之后,新视野号首先途径了木星,目的是借用木星的重力进行加速。

这期间,新视野号对木星和它的内侧卫星进行了精细的观测,还在木星上观察到了黑夜一侧的极光和闪电。在任务完成的过程中,新视野号传回的木星资料比冥王星还要多。

新视野号对木星的深入观测持续了四个月,此后向冥王星飞去。


在飞越冥王星的过程中,新视野号和冥王星的最近距离只有1.25万公里。

同时,它拍下了大量照片并传回,让人们第一次看清了这颗遥远的天体和它的卫星卡戎。

在冥王星的表面放眼望去,到处都是冰山和冰平原,上方的大气层十分稀薄。

而冥王星的卫星卡戎表面十分复杂,有很多撞击留下的坑洼和裂纹,有人推测,这是因为卡戎是在多个天体进行碰撞后形成的。


在拍摄完最后一张冥王星与卡戎相互环绕的照片后,新视野号就向着太阳系边缘的柯伊伯带进发了。

太阳系的“天涯海角”

在2019年1月,新视野号近距离拍摄了柯伊伯带一个天体的照片。

这个天体的形状并不是我们常见的球形,而是由两个大小不一的球拼接而成,像一个葫芦,又像一个雪人,这个天体的序号为小行星486958,正式名称为Arrokoth,意思是“天空”。


它还有一个好听的中文名,叫天涯海角。较小的那部分称为海角,较大的那部分称为天涯。

这是目前我们探测到的最遥远的天体,也是第一个被探测到的原始相接双星。

“海角”的直径大约是16千米,呈圆形,“天涯”的直径大约是20千米,形状更扁平一些。

其实早在2014年,天涯海角就已经被观测到了,同年10月,NASA宣布将它作为新视野号的下一个潜在观测目标。在选择最终观测目标的时候,由于前往另一个天体需要的燃料过多,因此,即使天涯海角的体积较小,最终也成为了新视野号的下一个目的地。


天涯海角距离地球大约有66亿千米,它的表面是有颜色的,由于紫外线长期照射天体中的含碳分子,导致整体偏红。

大多数有机物中都含有碳,说明这里极大可能存在有机物。

而有机物又是生命形成的物质基础,天涯海角也许会为我们探究生命起源带来启示。

除此之外,新视野号团队还发现了证明天涯海角表面存在甲醇和水冰的证据。


天涯海角的表面温度极低,最高温度也只有零下218摄氏度左右。

最让科学家感到好奇的还是天涯海角奇特的形状。

它很有可能是由两个小天体合并而成的,而且它存在十分明显的颈部结构。

科学家通过计算认为,它们合并时的速度最大不会超过每秒3米。


新视野号的团队成员称,这两个天体曾经相互环绕,直到某些因素使它们开始互相接近,最后轻轻碰撞在一起,此时,两个天体的大部分能量都已经被消耗,所以变成了现在的样子。

科学家经过研究发现,在天涯海角诞生后的100万到1亿年时间里,大量活动性气体挥发,比如甲烷、一氧化碳、氮气等,导致它形成了这么独特的造型。而且,这种现象可能广泛存在于柯伊伯带小天体的形成过程中。


人们对宇宙天体进行夜以继日的研究时,新视野号也在一刻不停地往前飞。

越过天涯海角后,新视野号继续飞向了柯伊伯带的深处。

2021年4月16日,NASA宣布,新视野号的离地距离已经超过了50个天文单位,成为了第五个到达这个距离的人造探测器。

尽管这时的旅行者1号早已经进入了更深广的宇宙空间,新视野号仍然在这一刻探测到了来自旅行者1号的电磁信号,并且面向旅行者1号的方向,用镜头记录下了这一瞬间。


这张照片具有历史性的意义,也为宇宙带来了人类独有的浪漫色彩。

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