冥王星外的新視野

撰文| 蘇建翰

「五、四、三、二、一、新年快樂!」跨年時你在做什麼呢?無論是在戶外晚會裡狂歡著告別2018年,或是在溫暖的室內迎接2019年的到來,我們都悄悄見證了人類歷史翻新的一頁——在這嶄新一年的第一天,美國太空總署的新視野號(New Horizons)飛越了2014 MU69小行星,自從1957年蘇聯打上第一顆衛星開始,經過了六十年的光陰,人類第一次探索舊有九大行星系統盡頭以外的新世界。

圖一 截至一月六日為止,新視野號和各行星位置比較,綠色線為新視野號軌跡、紅色線為預期路徑。
左上小圖為2014 MU69相對位置,左下角距離單位AU為天文單位,一天文單位約為一倍太陽地球距離。(來源: ASA/JHUAPL/SwRI)

新視野號任務

太陽系可以依照主要組成成員粗略分為三個部分,第一個部分是由地球和水星、金星、火星幾個類地行星夥伴組成的內太陽系,第二個部分是由大傢伙木星、土星、天王星以及海王星組成的外太陽系,再往外走去的海外地區首先就來到了冥王星所在的柯伊伯帶(Kuiper Belt),這一個區域由小型的星體組成,由於距離太陽很遠,所以溫度很低。

新視野號被賦予的任務就是探索這個酷寒的世界,其中最主要的目標就是探索大家都聽過但都沒見過的冥王星。就像地球有著月亮相伴,冥王星也有幾個衛星環繞左右,然而相比月亮把地球當成生活重心成天繞著轉啊轉的,冥王星和他最大的衛星凱倫(Charon)由於質量差異並不那麼巨大,關係比較平衡一些,所以其實更像是一個雙星系統,繞著共同的質心運轉。身為第一個探索外太陽系以外庫柏帶天體、以及第一個探索雙星系統的太空任務,新視野號肩負著名留青史的開拓者角色。

圖二 新視野號回傳的冥王星之心 (來源: NASA-JHUAPL-SWRI)

這趟漫長的旅程從2006年一月自佛羅里達州的卡納維爾角發射升空開始,2007年2月經過木星時,利用大個子的重力再一次加速,接著為了省電大部分時間都以休眠的狀態繼續朝著冥王星前進,直到2015初被科學家挖起床開始為期半年的冥王星探測任務。探測任務有許多收獲,科學以外也有些帶點浪漫的小驚喜,比如為我們拍攝下了著名的冥王星之心的照片,完成冥王星探測之後,考量剩餘燃料,研究團隊選擇編號為2014 MU69的小行星作為新視野號下一個的目標。

小不點大發現

看到這裡,你心裡可能會開始有一些疑惑,像是「跑到遠的要命的地方只為了看幾個小星體有什麼意義嗎?」,或是「好端端附近的火星、木星這些行星鄰居都還沒有熟透,就跑去遙遠的地方看冥王星,說好的遠親不如近鄰呢?」,對行星的探測固然重要,但是對小星體的探測也其有價值。

就如同地層沉積物質可以幫助古氣候學家推敲遠古時期的環境,因為小行星、彗星等小星體含有太陽系誕生時最初的那些物質,因此要了解地球的前世今生、乃至整個太陽系的演化,與其要探索完結構龐大的行星,從小星體上我們或許可以更快的發現一些線索。此外,含有豐富水和碳分子的小星體,也被認為地球生命的起源有關。

相關的研究不僅幫助挖掘過去的歷史,也能協助人類面對未來潛在受到小行星撞擊的威脅。太空中有許多質量體積夠大的小行星都有對地球生命造成毀滅性浩劫的可能,比如說小行星貝努(Bennu)被認為在22世紀後期有兩千七百分之一的機率會撞擊地球,目前貝努軌道的預測僅能精準至2135年,因此對於這類具有威脅小行星的研究可以幫助預測他們的軌道,避免人類步上恐龍的後塵。除了被動預測軌道,科學家也希望能主動出擊:太空總署的DART任務預計在2021年上半年升空,目標即是利用飛行器撞擊小行星組成的雙星系統,研究我們能對小行星軌道造成的影響。

圖三 研究團隊為Ultima Thule製作的立體圖 (來源: NASA/JHUAPL/SwRI)

終極遠境藏著什麼秘密

2014 MU69經由公開投票有了一個名字「Ultima Thule」,來源是古老歐陸傳說中的極北之境,可稱作「終極遠境(Beyond the Known World)」。終極遠境同時也是我們第一個探測的由兩個星體因引力聚合而成的密接小行星(Contact Binary),長得就像雪人一樣,他的軌道接近圓形,代表其自從形成之後,幾乎沒有受到其他重力源的干擾,見證也保有了這個世界誕生的那段歷史,因此是個很好的觀察對象。

截至一月三日為止,初步回傳的資料可以看出終極遠境並沒有環的結構或是顯著的衛星存在,也還沒有發現大氣層存在的證據,另外,這個「雪人」的「頭」和「身體」兩個部分的顏色幾乎相同的,也和其他科伊伯帶星體類似,代表他們有相近的材質。

自升空以來已經過了四千七百個日子,任務預計至少還會持續一年半左右,目前新視野號仍在距離我們六十五億公里外的深空努力蒐集著資料,這個距離和眾多飛行前輩,例如航海家一號,比起來或許仍是小巫見大巫,但是在那麼遠的地方針對特定目標蒐集資料仍是頭一遭。翻越舊世界盡頭的冥王星,新視野號探索終極遠境是個里程碑,新世界正在我們面前無窮無際的展開。

 

參考資料:

[1] New Horizons: The First Mission to the Pluto System and the Kuiper Belt

[2] Cosmic Detective Work: Why We Care About Space Rocks

[3] PLUTO

[4] New Ultima Thule Discoveries from NASA's New Horizons

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