關(guān)于作者
鄭永春，博士，中國科學(xué)院國家天文臺月球與深空探測研究部、中國科學(xué)院月球與深空探測重點實驗室副研究員。2000年起參與探月工程、深空探測等國家重大科技任務(wù)。主要研究領(lǐng)域為行星地質(zhì)與遙感。
首批香江學(xué)者計劃入選者，中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會首批入選者，中國青年科技工作者協(xié)會代表。先后獲中國科學(xué)院院長獎、我國首次月球探測工程有功人員獎、探月工程嫦娥二號任務(wù)突出貢獻者獎、香江學(xué)者獎、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會優(yōu)秀會員等。
新視野號冥王星探測最新成果解讀
鄭永春
2015年07月17日
大衛(wèi)和我在行星科學(xué)研究中已有多年合作
北京時間7月14日19：49分，新視野號飛船抵達最接近冥王星的位置，距離冥王星表面約為1.25萬千米。但實際上此次新聞發(fā)布會上發(fā)布的冥王星照片并非是新視野號在最近距離時拍攝的冥王星照片，而是飛船距離冥王星76.6萬千米時拍攝的一幅舊圖，14日凌晨傳回地球。因為新視野號在飛越冥王星時是沒有通信的，無法傳回探測數(shù)據(jù)。
20：04，新視野號最接近冥衛(wèi)一，距離冥衛(wèi)一表面約為2.88萬千米；
20：51和22：18，新視野號先后穿越太陽光被擋住的冥王星和冥衛(wèi)一的背影區(qū)；
7月15日早上9：02分，新視野號有15分鐘的時間與地面通信，告知它的設(shè)備狀態(tài)。而真正的高分辨率圖像要15日晚上才能傳回地球。
之前，哈勃空間望遠鏡于2002～2003年間拍攝的質(zhì)量最好的冥王星真實色彩圖像。圖中的明暗結(jié)構(gòu)可能意味著冥王星表面的成分變化。.jpg)
圖1 新視野號任務(wù)之前，哈勃空間望遠鏡于2002～2003年間拍攝的質(zhì)量最好的冥王星真實色彩圖像。圖中的明暗結(jié)構(gòu)可能意味著冥王星表面的成分變化。
一標(biāo)準(zhǔn)照.jpg)
冥王星和冥衛(wèi)一的標(biāo)準(zhǔn)照比較。新視野號飛船上的遠程勘測成像儀（LORRI）分別拍攝了冥王星和冥衛(wèi)一的標(biāo)準(zhǔn)照，這張照片是他們倆的合成圖像。從這張照片可以看出，冥王星和冥衛(wèi)一在亮度和顏色上均存在明顯區(qū)別。冥王星顏色偏紅，較為明亮；冥衛(wèi)一為黑白色，表面較暗淡。[/caption]
由于冥王星與地球相距遙遠，即使以光速傳播，控制新視野號飛船的信號也需要4個半小時抵達飛船，而地面收到飛船執(zhí)行完指令的通知又需要4個半小時。就像老北京見面問候一句“吃飯了么”，你回復(fù)一句“吃過了”，這么簡單的一件事也需要9個小時才能完成。所以，新視野號飛船的控制指令都是很早之前就已經(jīng)精確計算好了的，一旦執(zhí)行就只能聽天由命，無法中途撤回。
移動和聯(lián)通由于網(wǎng)速太慢飽受詬病，不過它們的網(wǎng)速比起新視野號飛船的“網(wǎng)速”已經(jīng)可謂高速。新視野號飛船向地球傳回探測數(shù)據(jù)的下行速率僅為1.68kb每秒，即使用一張用手機拍攝的大小為2M的普通照片傳回地球也需要二十分鐘，所以新視野號飛船這幾天拍攝的照片并不能馬上傳回地球，而是在完成近距離拍照和觀測任務(wù)后，利用奔赴柯依伯帶其他天體的漫長旅途中的無聊時間來下載這部“大片”，而這些數(shù)據(jù)完全傳回地球需要一年多（16個月）的時間。
由于冥王星與地球相距遙遠，即使以光速傳播，控制新視野號飛船的信號也需要4個半小時抵達飛船，而地面收到飛船執(zhí)行完指令的通知又需要4個半小時。就像老北京見面問候一句“吃飯了么”，你回復(fù)一句“吃過了”，這么簡單的一件事也需要9個小時才能完成。所以，新視野號飛船的控制指令都是很早之前就已經(jīng)精確計算好了的，一旦執(zhí)行就只能聽天由命，無法中途撤回。
移動和聯(lián)通由于網(wǎng)速太慢飽受詬病，不過它們的網(wǎng)速比起新視野號飛船的“網(wǎng)速”已經(jīng)可謂高速。新視野號飛船向地球傳回探測數(shù)據(jù)的下行速率僅為1.68kb每秒，即使用一張用手機拍攝的大小為2M的普通照片傳回地球也需要二十分鐘，所以新視野號飛船這幾天拍攝的照片并不能馬上傳回地球，而是在完成近距離拍照和觀測任務(wù)后，利用奔赴柯依伯帶其他天體的漫長旅途中的無聊時間來下載這部“大片”，而這些數(shù)據(jù)完全傳回地球需要一年多（16個月）的時間。
新視野號飛船于7月12日、從距離250萬千米遠處拍攝的冥王星圖像。新視野號飛船發(fā)現(xiàn)冥王星居然把它的“小心臟”露了出來。由于冥王星的自轉(zhuǎn)，圖左呈心形的明亮區(qū)域逐漸進入新視野號的視線。似乎是冥冥之中的安排，7月14日新視野號飛船最接近冥王星時，這個世人矚目的“小心臟”正好是它的拍攝目標(biāo)。而圖右下的的“牛眼”區(qū)域逐漸移出新視野號的視線。[/caption]
新視野號飛船拍攝的照片顯示冥王星上的一些地形特征，右圖中牛眼狀的環(huán)形區(qū)域可能為撞擊盆地，右下的線狀結(jié)構(gòu)可能為冥王星上的懸崖。與地球一樣，人類也給冥王星定義了它的經(jīng)緯網(wǎng)格，上圖展示了冥王星的北極、赤道、中央經(jīng)線（子午線）。[/caption]
根據(jù)新視野號的初步探測成果，發(fā)現(xiàn)冥王星的北極存在極冠，主要成分是氮冰和甲烷冰。各位請注意，甲烷從液態(tài)結(jié)成冰的溫度為零下183攝氏度。而氮氣在零下183攝氏度才能成為液氮，從液氮固結(jié)成冰需達到零下218.9攝氏度。冥王星極冠上分布的氮冰和甲烷冰，足以說明那里究竟冷到了何種程度。
新視野號探測發(fā)現(xiàn)，冥王星的直徑約為2370千米，大于之前的預(yù)期值。雖然冥王星不再是行星，已經(jīng)降級為矮行星。但幸運的是，冥王星得以繼續(xù)保持繞太陽公轉(zhuǎn)的第九大天體的美名。而且說白了，現(xiàn)行的行星定義并非完美無缺，是否承認(rèn)冥王星是行星，很大程度上取決于天文學(xué)家的態(tài)度。冥王星雖然體積小了點，但仍然存在咸魚翻身再次成為行星的機會。考慮到冥衛(wèi)一并非真正圍繞冥王星運轉(zhuǎn)，冥王星和冥衛(wèi)一都圍繞他們的公共質(zhì)心運轉(zhuǎn)。所以冥衛(wèi)一也有升級成為行星的機會。太陽系現(xiàn)在有八大行星，未來或許會有十大行星，甚至可能發(fā)現(xiàn)新的行星，這實際上取決于我們對太陽系整體的認(rèn)識。不管怎樣，冥王星和冥衛(wèi)一這哥倆此生只能共進退了。
新視野號飛船上的可見光和近紅外相機拍攝的冥王星表面的最高分辨率為約60米，是迄今為止最清晰的冥王星照片，成像質(zhì)量遠超哈勃望遠鏡拍攝的冥王星（圖1）。如果幸運的話，“新視野號”還有望拍攝到冥王星表面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和紋理信息，以及冥王星上的云層等。從現(xiàn)在的情況看，冥王星不太可能有像木星、土星那樣具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)。在如此低溫之下，冥王星上也不太可能會有冰火山或液態(tài)噴泉。
大衛(wèi) 布萊維特（David Blewett）是來自美國馬里蘭州的約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室（APL）的行星科學(xué)家，目前主要從事信使號探測水星的任務(wù)。應(yīng)用物理實驗室成立至今已有70多年的歷史，是美國規(guī)模最大的大學(xué)研究中心，現(xiàn)有員工5300名，其中68%是科學(xué)家和工程師。應(yīng)用物理實驗室是新視野號飛船的研制單位，也是這艘飛船的運行機構(gòu)。大衛(wèi)雖然沒有直接參與新視野號任務(wù)，但一直關(guān)心和了解它的探測進展。今年夏天，為促進中美科學(xué)家在行星科學(xué)領(lǐng)域的國際合作，受中國科學(xué)院國際訪問學(xué)者計劃的資助，大衛(wèi)來到中國科學(xué)院國家天文臺，與中科院月球與深空探測重點實驗室的鄭永春副研究員開展合作研究。
根據(jù)新視野號的初步探測成果，發(fā)現(xiàn)冥王星的北極存在極冠，主要成分是氮冰和甲烷冰。各位請注意，甲烷從液態(tài)結(jié)成冰的溫度為零下183攝氏度。而氮氣在零下183攝氏度才能成為液氮，從液氮固結(jié)成冰需達到零下218.9攝氏度。冥王星極冠上分布的氮冰和甲烷冰，足以說明那里究竟冷到了何種程度。
新視野號探測發(fā)現(xiàn)，冥王星的直徑約為2370千米，大于之前的預(yù)期值。雖然冥王星不再是行星，已經(jīng)降級為矮行星。但幸運的是，冥王星得以繼續(xù)保持繞太陽公轉(zhuǎn)的第九大天體的美名。而且說白了，現(xiàn)行的行星定義并非完美無缺，是否承認(rèn)冥王星是行星，很大程度上取決于天文學(xué)家的態(tài)度。冥王星雖然體積小了點，但仍然存在咸魚翻身再次成為行星的機會。考慮到冥衛(wèi)一并非真正圍繞冥王星運轉(zhuǎn)，冥王星和冥衛(wèi)一都圍繞他們的公共質(zhì)心運轉(zhuǎn)。所以冥衛(wèi)一也有升級成為行星的機會。太陽系現(xiàn)在有八大行星，未來或許會有十大行星，甚至可能發(fā)現(xiàn)新的行星，這實際上取決于我們對太陽系整體的認(rèn)識。不管怎樣，冥王星和冥衛(wèi)一這哥倆此生只能共進退了。
新視野號飛船上的可見光和近紅外相機拍攝的冥王星表面的最高分辨率為約60米，是迄今為止最清晰的冥王星照片，成像質(zhì)量遠超哈勃望遠鏡拍攝的冥王星（圖1）。如果幸運的話，“新視野號”還有望拍攝到冥王星表面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和紋理信息，以及冥王星上的云層等。從現(xiàn)在的情況看，冥王星不太可能有像木星、土星那樣具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)。在如此低溫之下，冥王星上也不太可能會有冰火山或液態(tài)噴泉。
大衛(wèi) 布萊維特（David Blewett）是來自美國馬里蘭州的約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室（APL）的行星科學(xué)家，目前主要從事信使號探測水星的任務(wù)。應(yīng)用物理實驗室成立至今已有70多年的歷史，是美國規(guī)模最大的大學(xué)研究中心，現(xiàn)有員工5300名，其中68%是科學(xué)家和工程師。應(yīng)用物理實驗室是新視野號飛船的研制單位，也是這艘飛船的運行機構(gòu)。大衛(wèi)雖然沒有直接參與新視野號任務(wù)，但一直關(guān)心和了解它的探測進展。今年夏天，為促進中美科學(xué)家在行星科學(xué)領(lǐng)域的國際合作，受中國科學(xué)院國際訪問學(xué)者計劃的資助，大衛(wèi)來到中國科學(xué)院國家天文臺，與中科院月球與深空探測重點實驗室的鄭永春副研究員開展合作研究。
中，女性照樣能頂半邊天。在新視野號任務(wù)團隊中有四分之一為女性成員（7月11日攝于約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室）。.jpg)
在人類最高科技的深空探測任務(wù)中，女性照樣能頂半邊天。在新視野號任務(wù)團隊中有四分之一為女性成員（7月11日攝于約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室）。
大衛(wèi)的中國妻子凌女士已先于大衛(wèi)回美國，凌女士同為應(yīng)用物理實驗室一員、她告訴筆者，應(yīng)用物理實驗室慶祝新視野號飛越冥王星的活動規(guī)模宏大，上千名員工和訪客參加了慶典，超百家媒體云集在應(yīng)用物理實驗室的柯薩科夫中心，向全世界現(xiàn)場直播飛越冥王星的過程。而且接下來的幾天還將有一系列的科學(xué)展示活動，跟蹤報道飛越冥王星的最新成果。
留在中國的大衛(wèi)說：“雖然我沒有出席這些慶祝活動，但我同樣很高興能在國家天文臺與我的中國同行合作研究嫦娥衛(wèi)星的探月數(shù)據(jù)?！?
大衛(wèi)認(rèn)為，新視野號任務(wù)是人類第一次從如此之近的距離觀察冥王星，因此這是歷史性的一刻。冥王星、冥衛(wèi)、以及在柯依伯帶的他們的姐妹們是太陽系的重要成員，很有必要了解他們。通過研究冥王星的成分、地質(zhì)、演化歷史，可以理解太陽系的形成，甚至其他恒星系統(tǒng)中行星的形成過程。
開展新視野號探測任務(wù)的目的部分是為了滿足人類對周圍環(huán)境天生的好奇心。無論這些環(huán)境是在山后、地平線上還是在遙遠的太陽系空間，都應(yīng)該去探索它。大衛(wèi)舉例說，假如波利尼西亞人的祖先一直待在亞洲的海灘上，他們可能永遠也沒有機會發(fā)現(xiàn)夏威夷、薩摩亞、馬庫薩斯群島、復(fù)活節(jié)島以及太平洋上的其他島嶼。
大衛(wèi)表示，他幸運地生活在一個富裕的國度，可以用它很少量的資源讓他們在科學(xué)研究、藝術(shù)和人文領(lǐng)域追求夢想。實際上，美國國家航空航天局花的錢不到聯(lián)邦預(yù)算的1%。而對太陽系不同行星之間的比較研究有助于我們理解地球是如何運轉(zhuǎn)的。除了科學(xué)家，NASA的太空項目還聘用了許多工程師、項目管理者和服務(wù)人員。太空探索牽引了新技術(shù)的進步，激勵年輕一代選擇科學(xué)、工程和數(shù)學(xué)作為他們的求學(xué)專業(yè)或終身職業(yè)。這些年輕人將成長為下一代的技術(shù)領(lǐng)袖，有助于保持國家的經(jīng)濟競爭力。
正如大衛(wèi)在科研合作中向我展示了他強烈的求知欲和探索精神，他認(rèn)為中國正在快速發(fā)展，也已經(jīng)邁出了太陽系探索的關(guān)鍵一步。偉大的國家從事偉大的事業(yè)，中國在基礎(chǔ)研究上的投入，包括嫦娥工程那樣的太空探測項目，是中國作為大國的重要標(biāo)志。
大衛(wèi)告訴我，與美國的太陽系探測任務(wù)比較，他本人很贊賞中國在探月工程實施中，從一開始就規(guī)劃了環(huán)繞、著陸、采樣返回的繞落回三步走的計劃。這種持續(xù)一貫的計劃有利于技術(shù)進步，有利于不斷加深對月球的認(rèn)識。
大衛(wèi)的中國妻子凌女士已先于大衛(wèi)回美國，凌女士同為應(yīng)用物理實驗室一員、她告訴筆者，應(yīng)用物理實驗室慶祝新視野號飛越冥王星的活動規(guī)模宏大，上千名員工和訪客參加了慶典，超百家媒體云集在應(yīng)用物理實驗室的柯薩科夫中心，向全世界現(xiàn)場直播飛越冥王星的過程。而且接下來的幾天還將有一系列的科學(xué)展示活動，跟蹤報道飛越冥王星的最新成果。
留在中國的大衛(wèi)說：“雖然我沒有出席這些慶祝活動，但我同樣很高興能在國家天文臺與我的中國同行合作研究嫦娥衛(wèi)星的探月數(shù)據(jù)?！?
大衛(wèi)認(rèn)為，新視野號任務(wù)是人類第一次從如此之近的距離觀察冥王星，因此這是歷史性的一刻。冥王星、冥衛(wèi)、以及在柯依伯帶的他們的姐妹們是太陽系的重要成員，很有必要了解他們。通過研究冥王星的成分、地質(zhì)、演化歷史，可以理解太陽系的形成，甚至其他恒星系統(tǒng)中行星的形成過程。
開展新視野號探測任務(wù)的目的部分是為了滿足人類對周圍環(huán)境天生的好奇心。無論這些環(huán)境是在山后、地平線上還是在遙遠的太陽系空間，都應(yīng)該去探索它。大衛(wèi)舉例說，假如波利尼西亞人的祖先一直待在亞洲的海灘上，他們可能永遠也沒有機會發(fā)現(xiàn)夏威夷、薩摩亞、馬庫薩斯群島、復(fù)活節(jié)島以及太平洋上的其他島嶼。
大衛(wèi)表示，他幸運地生活在一個富裕的國度，可以用它很少量的資源讓他們在科學(xué)研究、藝術(shù)和人文領(lǐng)域追求夢想。實際上，美國國家航空航天局花的錢不到聯(lián)邦預(yù)算的1%。而對太陽系不同行星之間的比較研究有助于我們理解地球是如何運轉(zhuǎn)的。除了科學(xué)家，NASA的太空項目還聘用了許多工程師、項目管理者和服務(wù)人員。太空探索牽引了新技術(shù)的進步，激勵年輕一代選擇科學(xué)、工程和數(shù)學(xué)作為他們的求學(xué)專業(yè)或終身職業(yè)。這些年輕人將成長為下一代的技術(shù)領(lǐng)袖，有助于保持國家的經(jīng)濟競爭力。
正如大衛(wèi)在科研合作中向我展示了他強烈的求知欲和探索精神，他認(rèn)為中國正在快速發(fā)展，也已經(jīng)邁出了太陽系探索的關(guān)鍵一步。偉大的國家從事偉大的事業(yè)，中國在基礎(chǔ)研究上的投入，包括嫦娥工程那樣的太空探測項目，是中國作為大國的重要標(biāo)志。
大衛(wèi)告訴我，與美國的太陽系探測任務(wù)比較，他本人很贊賞中國在探月工程實施中，從一開始就規(guī)劃了環(huán)繞、著陸、采樣返回的繞落回三步走的計劃。這種持續(xù)一貫的計劃有利于技術(shù)進步，有利于不斷加深對月球的認(rèn)識。
標(biāo)識.png)
新視野號任務(wù)標(biāo)識