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天王星探索任务不能再拖了,百位科学家联合撰文:错过要再等十年

2020/8/2 15:48:30 来源:原创 浏览:

太阳系最具特色的行星

太阳系的八大行星,每一个都拥有着自己的特色。不过,天王星的特色却尤为明显。在这“八个兄弟”之中,只有天王星是“躺着公转”的。

它的自转轴和轨道的夹角大约是97.77°,几乎就是一个直角。再加上它的光环,我们更加可以清晰地感受到它在公转时呈现的诡异之处。不仅如此,天王星还有一个非常奇怪的等离子体气泡,导致它的大气在悄悄流失;它的磁轴和自转轴又有着比较大的夹角,在八大行星中独树一帜……

(图片说明:黄色箭头是太阳的方向,深蓝色的箭头是它的自转轴,浅蓝色箭头则是它的磁轴)

关于天王星,我们的了解非常有限,甚至连对它的疑问也没有木星和土星那么多。目前来说,我们对它的了解在很大程度上都是来自于34年前旅行者2号探测器短暂飞掠时获取的。直到今天,很多天文学家还不得不“炒冷饭”,仅凭着这些很久以前的数据对天王星进行研究

除此之外,我们也可以依靠望远镜进行一些有限的观测,比如哈勃太空望远镜。可问题在于,就算这些望远镜的分辨率提升得再高,有很多问题也必须要靠近天王星才能探测,帮助我们解开这些关于冰巨星的秘密。为此,一支科学团队正式发表了一份声明,建议打造一个强大的探测器,前往近30亿公里外的天王星一探究竟。

该声明来自于SETI研究所的科学家Richard Cartwright博士与SETI及NASA艾姆斯研究中心的科学家Chloe Beddingfield博士,他们征集了100多位同行作为合著者,共同将它发表了出去。他们在声明中建议:我们需要打造一款旗舰级探索任务,斥资至少10亿美元,在10年内完成对探测器的设计与建造,并且借助天王星的探测窗口期将探测器发射出去。

遥远的“莎士比亚家族”

(图片说明:天王星和它的卫星们)

实际上,该团队不仅仅是对天王星本身深感兴趣,而且还深深地为它的卫星所着迷。目前来说,人类一共在天王星周围发现了27颗卫星,它们都是利用莎士比亚戏剧中的人物来命名。科学家们调侃说,他们正在抓紧时间拜读莎士比亚的戏剧,防止哪天再发现新的天卫。这27颗卫星,被科学家们分为了三类:

  • 主要卫星:一共有5颗,其中最大的是天卫三,但直径也不足月球的一半;
  • 不规则卫星:共有9颗,它们被认为是天王星从其他地方捕获的卫星;
  • 环卫星:共有13个成员,它们都位于天王星的行星环区域。

(图片说明:科学家在地球拍摄到的天王星,它的环和周围的一些卫星也清晰可见)

其中尤其值得我们关注的,就是5颗主要卫星。它们普遍非常巨大,因此发现得也都比较早。它们很可能都是岩石和水冰组成的天体,甚至有可能在厚厚的冰层之下有流动的液态水海洋。这些海洋对于星球表面的构造有着巨大影响,而科学家对天卫一和天卫五的观测显示,它们的确有可能发生了一些地表的变化,暗示着地下海洋的存在。

地下海洋的意义,相信不需要再多介绍了,每一个关注地外生命的人几乎都已经对这个词语有条件反射了。可是,如果我们不近距离去探测,就无法证实这些说法。只有通过近距离的观测和对地表的拍摄,我们才能通过其地质特征、陨石坑等信息进行分析,确定地表年龄。

(图片说明:天卫五,来自旅行者2号,这是迄今为止最清晰的天王星卫星图片)

Cartwright还指出,不仅仅是主要卫星,环卫星之一的天卫二十六也是非常有趣的天体。它位于天王星一个弥散的尘埃环中,它和这个尘埃环之间还有物质的交换;包括天卫三和天卫四也可能从不规则卫星上掠取物质。

这些离奇的卫星之间的“交际”,我们在地球上也同样无法证实。所以,我们不仅要发射专门的探测器对天王星系统进行探索,而且还要配备相应的仪器。比如这些动态,我们就需要高分辨率的可见光相机磁力计以及近红外测绘光谱仪等。

工欲善其事,必先利其器

当然,这些仪器不仅仅是为了进行这一项观测,它们还可以在其他很多方面大显神威。

(图片说明:天卫二十六,这是我们目前能拍摄到的它最清晰的照片)

  • 可见光相机:对天王星及其卫星表面进行高分辨率的成像,更加细致地观测天体表面的地质结构、活动及特征,同时还能对天王星诡异的四季变换进行研究;
  • 磁力计:对天王星与众不同的磁场进行研究,还可以在天王星的卫星表面之下寻找咸水海洋的证据,当初伽利略号探测器就是这样在木星的卫星上寻找地下海洋的,论文作者希望NASA喷气推进实验室(JPL)最新开发的磁力计能够在天王星上展现自己的实力;
  • 近红外测绘光谱仪:这是目前我们探索其他星球必备的仪器,可以通过光谱分析,确定天体上的化学成分,通过对天王星系统的天体进行光谱仪的探测,可以判断它们的表面环境,甚至是宜居性。

(图片说明:JPL最新开发的磁力计,功能十分强大)

为何一定要去天王星?

在回答这个问题时,Cartwright从两个角度进行了阐释:

  1. 我们对天王星的了解太少了,距离上一次近距离探测已经过去三十多年了,而且当时的数据也并不很丰富。同为冰巨星的海王星,也面临着同样的困境。所以,不论是针对天王星一个天体,还是冰巨星这个类型的天体,我们都急需一些观测来完善对其的了解
  2. 这一个探测器可以对天王星及其27颗卫星进行共同探索,而如果我们只专注于其他天体的研究,那么只能对一颗单独的天体进行观测,比如月球、火星车等等。更多的探索,意味着更多的发现、更全面的数据和更加丰富的知识。

(图片说明:旅行者2号拍摄的天王星图片,在太阳的背面,天王星像是一弯新月)

说到这里,Cartwright对上一次NASA任务的确定感到遗憾。当时,NASA把仅有的两个探测机会给了今年的毅力号火星车以及未来前去探索木卫二的欧罗巴快船号,而天王星探索任务排名第三,遗憾落选。他和他的同事们都希望这一次天王星能够入选,作为旗舰任务进行探测。

最佳的时机

和火星26个月的窗口期不一样,天王星的探测窗口期间隔更加漫长。由于距离非常远,所以我们向天王星及海王星发射探测器时,都必须借助木星的引力弹弓效应来节省能源、减少路程时间。而这样的机会,大约每10年才会出现一次。

(图片说明:旅行者2号探测器的飞行路线,它当初就是利用木星的引力弹弓效应实现加速的)

这也是这些科学家比较着急的重要原因,如果错过下一个窗口期,就要再等10年。如果现在就批准这项任务,至少我们能在2030-2034年借助木星的引力作用,在40年代初或中期抵达天王星。否则,就很难想象人类探测器何时能近距离探测天王星了。

不过,这件事也不是他们能说了算的,毕竟NASA手里的经费有限。不论是詹姆斯·韦伯太空望远镜还是南希·罗曼太空望远镜,都面临着经费的问题,更不用说载人登月以及前往火星的项目了。鉴于美国今年的经济形势,我们也很难说明年是否能拿出足够的钱来支持天王星的探测。

这个十年到底用不用等,目前也没人能够预测,一切都看明年吧!

看看网友怎么说

春黄昏:地球上如此多样化,其它星球如此单一化(目前已知),地球是不是被大力捏包子一样捏出来的?

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