【寰宇天文】新地平線號的挑戰:瞄準冥王星

■美國太空總署(NASA)的新地平線號(New Horizons)正在前往冥王星的路上,預計在2015年7月14日時成為人類史上第一個最接近冥王星的偵測器。

NASA/JHUAPL/SwRI/Steve Gribben
NASA/JHUAPL/SwRI/Steve Gribben

撰文|陳勁豪

新地平線號自從2006年發射之後,歷經了九年半的飛行,終於逐漸靠近冥王星的軌道。這次新地平線號探訪冥王星並不是要繞著冥王星轉進行仔細觀察,而是將會飛越冥王星。

為什麼新地平線號任務沒有像其他的任務一樣,環繞冥王星並進行仔細觀測呢?原因有二。第一個原因是燃料。在發射新地平線號的時候,為了讓太空船能在九年半的時限內飛到冥王星,新地平線號以每秒約14公里的速度,或是每小時43000公里的速度前進。由於冥王星質量太小(比月球還小),所以冥王星重力過弱,導致如果要讓新地平線號能夠繞著冥王星運行,地平線號至少需要減速到目前速度的一成。要如此大量減速,需要的燃料將比目前攜帶的燃料多上一千倍,如此便沒有辦法以目前速度如此快速前進。所以只能直接飛越冥王星。

第二個原因是新地平線號飛越冥王星後將會繼續前進,探索太陽系更外層的古柏帶。這邊被認為是彗星的故鄉,可能蘊藏著太陽系行星誕生前的訊息。

所以一切看起來基本上都穩定就緒了。新地平線號運作正常,距離冥王星也只剩兩星期左右的路程,甚至所攜帶的照相機都已經進到了可以幫冥王星拍攝彩色照片的距離了。還有什麼問題?

有。NASA的科學家不確定冥王星在哪裡。

這件事乍聽之下很不可思議,這項費時多年的計畫居然在最後一刻說找不到冥王星在哪邊?這會不會太離譜?仔細想想,NASA的科學家擔心是有理由的。

在這之前,我們需要先回顧冥王星的基本資料。冥王星1930年被發現,繞太陽公轉的週期約248年。所以從1930年到現在,我們大約只觀測了冥王星公轉軌道的三分之一。換句話說,我們對冥王星軌道沒有精準的觀測結果,也沒有辦法做精準的估計。當然也不能忘記,冥王星的衛星夏隆跟冥王星進行著雙星運動,這讓冥王星的軌道更加混亂。

另外,冥王星距離太陽的距離在29-49個天文單位(一個天文單位等於地球到太陽的距離),所有訊號從冥王星都需要9小時才能傳到地球,換句話說,不可能即時對新地平線號進行微調。

而當新地平線號計畫在7月14日最接近冥王星的時候,它將以每秒14公里的速度在距離冥王星的距離約是12500公里遠的地方飛越冥王星並進行近距離觀測。這個距離大約是台北到紐約的距離,或是月亮到地球距離(38萬公里)的3%。如同前文所述,這個計畫是飛越而不是環繞冥王星,所以簡單的說,新地平線號只有一次機會,只能一擊命中。這需要對所有參數有極為精準的計算。

因此NASA讓新地平線號每天對著冥王星拍照,利用拍到的冥王星大小來估計與冥王星的距離:影像越大表示距離越近。不過這個方法有個問題,因為我們不知道在同樣大小的情況下,冥王星是比預期更大也更遠,還是更小而更近?

在7月14日之前,NASA的科學家還有兩次可以改變新地平線號軌道的機會,分別是6月30日跟7月4日。如果最後發現冥王星的距離比預計來的更近或更遠,NASA的科學家將要立刻做決定,把預定進行的科學觀測略為提早或是延後。

參考連結
Nature 2015/06/25: Pluto-bound probe faces its toughest task: finding Pluto.
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作者:陳勁豪 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。2011年於美國紐約州立石溪大學(SUNY at Stony Brook)取得博士學位,研究主題為相對論性重離子碰撞(Relativistic Heavy Ion Collision)。長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯。

 

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