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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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?yàn)樾行堑刭|(zhì)與遙感。
首批香江學(xué)者計(jì)劃入選者，中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)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(jiǎng)、我國首次月球探測工程有功人員獎(jiǎng)、探月工程嫦娥二號任務(wù)突出貢獻(xiàn)者獎(jiǎng)、香江學(xué)者獎(jiǎng)、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會優(yōu)秀會員等。
“新視野”號的眼睛
鄭永春
2015年07月16日
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圖1 “新視野號”攜帶的科學(xué)儀器
（1）可見-紅外成像光譜儀（Ralph）: 拍攝冥王星及卡戎的表面地形，提供高清晰影像照片，分析表面物理現(xiàn)象和物質(zhì)組成，繪制地形圖，了解冥王星及卡戎的歷史。儀器分為兩部份，一為多光譜可見光相機(jī)（MVIC），另一為紅外光譜儀（LEISA），兩者共同使用一個(gè)6厘米鏡頭，用以調(diào)校焦距，收集影像。
可見光相機(jī)使用電荷藕合裝置（CCD），是近年所有外太空探測器的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。天體目標(biāo)的影像通過鏡頭后，再經(jīng)過四層濾鏡，在電荷藕合器成像。濾鏡分別包括一般用途的藍(lán)、綠、及近紅外濾鏡，以及專用于觀測甲烷的濾鏡。
紅外光譜儀測量熱輻射光譜，獲得物質(zhì)組成信息。根據(jù)哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果，冥王星表面以甲烷、氮、一氧化碳及冰為主，而卡戎則主要由冰組成。當(dāng)探測器接近它們時(shí)，透過紅外光譜儀觀察，可能會發(fā)現(xiàn)更多的其他物質(zhì)。
（2）遠(yuǎn)程勘測成像儀（LORRI）: 有一個(gè)直徑20.8厘米的鏡頭，同樣以CCD成像，但沒有濾鏡和活動部件，結(jié)構(gòu)比Ralph簡單得多。目的是為探測器提供詳細(xì)的空間信息，即探測器在飛行途中的精確位置。通過觀測特定星體，比較觀測資料，得出探測器在途中某一點(diǎn)的精確位置及相位，從而控制探測器進(jìn)行相應(yīng)的軌道調(diào)整。當(dāng)飛臨冥王星時(shí)，遠(yuǎn)程勘測成像儀同時(shí)拍攝冥王星表面影像，分辨率大致相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)足球場面積。
（3）紫外成像光譜儀（Alice）:測量由冥王星及卡戎輻射或反射的紫外線，獲得不同波長的圖像，研究它們的大氣成分、表面物質(zhì)組成和溫度。紫外成像光譜儀有兩種工作模式：1）氣體輝光探測模式，當(dāng)探測器接近及離開冥王星時(shí)采用這種模式，目的是直接測量由冥王星及卡戎的大氣輻射或反射的紫外線，大多數(shù)時(shí)間采用這種工作模式。2）掩星測量模式，當(dāng)探測器飛越冥王星之后，進(jìn)入冥王星日蝕陰影區(qū)時(shí)，即被冥王星星體遮掩太陽光的地方，通過測量透過冥王星大氣的太陽光，獲得冥王星大氣的成份、濃度和溫度分布。
（4）太陽風(fēng)測量儀（SWAP）：主要用于測量冥王星附近的太陽風(fēng)特性，分析從冥王星大氣中逃逸出來的物質(zhì)和逃逸速率，尋找冥王星周圍的磁層。儀器內(nèi)部有一個(gè)低能等離子體探測器，測量范圍為30～7700電子伏。
（5）無線電科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀（REX）：當(dāng)“新視野號”位于冥王星的背面時(shí)，地球上的控制人員開始向冥王星發(fā)射無線電波。由于無線電信號在穿越冥王星大氣層時(shí)會產(chǎn)生一定的折射、畸變和時(shí)延，那些穿過冥王星大氣層的無線電波被飛船上的2.1米直徑高增益天線接收后，無線電科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀就會比較穿越冥王星大氣前后的信號特征，分析出大氣中氣體分子的成分、密度、溫度及大氣結(jié)構(gòu)，繪制冥王星大氣層從高空到表面的溫度和密度曲線。
當(dāng)探測器近距離飛掠冥王星時(shí)，無線電科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀可以切換到輻射探測模式，直接測量冥王星發(fā)射的微弱的微波輻射，精確測量冥王星向陽面和背陰面之間的溫度變化。
（6）能量粒子譜儀（PEPSSI）：該儀器由帶電粒子探測器組成，可以測量質(zhì)子、離子、電子等帶電粒子的成分和密度等特性。通過探測大氣層頂部的中性粒子被太陽風(fēng)激活而逃離大氣層的現(xiàn)象，推算大氣化學(xué)成份。
（7）學(xué)生塵埃計(jì)數(shù)器（SDC）：由科羅拉多大學(xué)的學(xué)生在專業(yè)航天人員的指導(dǎo)下制造的，主要用于測量整個(gè)飛行過程中星際塵埃粒子對“新視野號”的撞擊情況，包括粒子的大小、數(shù)量、撞擊飛船時(shí)的方向和飛行軌跡等。這些塵埃粒子主要來自從彗星逃逸的物質(zhì)和柯伊伯帶天體相互碰撞產(chǎn)生的殘片。
有了這些慧眼，新視野號飛船看到的冥王星將不再像從地球上看到的冥王星那樣霧里看花，而是要“把這紛擾的世界，看個(gè)清清楚楚，明明白白，真真切切?！?