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首个造访冥王星的深空探测器“新视野”号

2015-7-15 11:24:31腾讯科学 【字体:

美国宇航局“新视野”号深空探测器将于美国东部时间7月14日7时49分57秒(北京时间7月14日19时49分57秒)在距离冥王星最近12500公里处飞掠过。

“新视野”号是于2006年1月19日在美国卡纳维拉尔角发射升空的,在最后关闭引擎时相对于地球的速度是16.26公里/秒,或每小时58,536公里。它是有史以来以最快的发射速度离开地球的人造物体,比1977年发射的旅行者姊妹号离开地球时的速度还要快。它飞越月球绕地球轨道不到九个小时,到达木星引力区只需13个月。相比较1960年代“阿波罗”登月任务相同航程需要飞行三天时间,“伽利略”号飞抵木星需要四年时间而言,“新视野”号航速可谓十分惊人。

 

首个造访冥王星的深空探测器“新视野”号

 

在装配车间内的“新视野”号

为了能够在不到十年的时间内抵达冥王星,“新视野”号被设计为一架钢琴般大小,总质量只有470千克。相比较之下,旅行者姊妹号约722千克,比“新视野”号足足重了250多千克。整个“新视野”号的设计,是按照NASA近年推行小型化、低成本,及多功能的指引而制成。全艘探测船分为三个主要部分:

动力系统:包括提供全艘探测船所有电力的核能电池RTG,以及调节探测船位置的引擎。

通讯系统:包括高增益天线及低增益天线,是与地球保持联络的装置。

科学平台:是安装所有探测仪器的地方,提供有效使用仪器的工作环境,以及保护脆弱的仪器。

 

首个造访冥王星的深空探测器“新视野”号

 

“新视野”号携带的科学仪器示意图

“新视野”号本身像一个倒置三角形,三角形尖部延出部分为放射性同位素热电机(RTG),三角形平面一方则为通讯装置,而三角形本身就是安装所有探测仪器的科学平台。探测船载有七种科学探测仪器,它们分别是:

1.可见-红外成像光谱仪(Ralph)

主要是用作拍摄冥王星及卡戎的地表情况,提供高清晰的彩色图片,从而分析研究冥王星和卡戎地表的物理现象及组成成分,制成地表地图。仪器分为两部分,一为可见光相机MVIC,另一为线性光波长锁定光谱计LEISA,两者共同使用一支6厘米镜头,用以调校焦距,收集影像。影像通过镜头后,再经过四层滤镜,在电荷藕合器成像。滤镜分别有专用作观察甲烷的滤镜,其余则为一般用途的蓝、绿、及近红外线滤镜。透过制作地表地图,可以明了冥王星及卡戎过去的历史。

从哈勃空间望远镜观察得知,冥王星表面以甲烷、氮、一氧化碳及冰成分为主,而卡戎则主要是冰。当探测器接近它们时,透过光谱计观察,可能会发现更多其他物质。

2.长距离探测成像仪 (LORRI)

为探测船提供详细的空间资料,即是探测船本身在航行中精确的位置。从观察特定的星体,比较有关资料,得出探测船在某一点精细准确的位置及相位,从而指令探测船作出相应的调整。

成像仪有一支直径20.8厘米的镜头,同样以CCD电荷藕合装置成像。结构相比于Ralph影像及红外线成像仪/分光计简单得多,全组仪器并无滤镜及活动部分。 当飞临冥王星时,成像仪同时拍摄冥王星表面影像,精细度为100米乘100米,大小略大于一个足球场面积。

3.紫外成像光谱仪(Alice)

测量由冥王星及卡戎辐射或反射出来的紫外线,得出冥王星及卡戎大气、地表的组成、分布、温度的装置。Alice有两种工作模式,一为探测大气光模式,是当探测船接近及离开冥王星时使用,直接量度由冥王星及卡戎的大气辐射或反射出来的紫外线,是较多时间使用的工作模式。另一种模式是测量掩食光模式,是当探测船飞过冥王星之后,进入冥王星日蚀阴影区时,即被冥王星星体遮掩太阳光的地方,利用量度透过冥王星大气的太阳光,求得大气的成分、温度、及浓度的分布。

4.太阳风测量仪(SWAP)

太阳风分析仪是分析在冥王星附近由太阳吹过来的粒子─太阳风,可以探测到冥王星是否有磁场。若而是有磁场存在,就可以得知它的范围,强弱,以及冥王星大气中气体粒子逃逸的速度。

5.无线电科学实验仪(REX)

REX实际上只是一组安装在通讯系统内的电路板,主要是稳定由地球传过去的下载讯号,确保资料不会遗失,是一组非常重要的装置。而另一个作用,就是用作外太空电波科学实验,测试有关远距离通讯技术。REX接收由美国太空署的深空网络传过来的讯号,然后将讯号经由高增益天线传回返地球,科学家比较前后同一个讯号的差别,就能了解知道当中因为太阳风、辐射源、磁力场及重力波所产生的影响,求得出有关数据。

当探测船飞到冥王星的后面,接收或传返地球的讯号都会穿越过冥王星的大气,电波会被大气中的气体分子的重量、高度及温度的不同而有所改变。REX将这些改变了的讯号记录下来,然后传返地球,有助了解冥王星大气层、游离层的结构、压力、及温度。 REX还有一种辐射计的工作模式,可以量度微弱的冥王星自己发射出来的电波。当探测船飞越冥王星之后,这些测量可以准确提供冥王星背向太阳一面的温度资料。

6.离子质谱仪(PEPSSI)

离子质谱仪是用来测量冥王星阳离子与中性粒子组成、同位素组成等的装置。从观察冥王星大气层顶部的中性粒子被太阳风所激化,而逃离冥王星大气层的现象,可以推算出冥王星大气的化学成分。

7.宇宙尘分析仪(VBSDC)

这是一个由美国科罗拉多州大学师生主导的研究项目,装置可以分析探测船在飞往冥王星沿途所收集太阳系各区的宇宙尘,测量及比较这些漂浮粒子的物理及化学性质。离开冥王星之后,研究会继续,更有可能是人类历史上首次接触到柯伊伯带的物体。

名字中的VBS指的是“Venetia Burney Student”,源于为当年尚是学生,而为冥王星取名的薇妮提亚‧巴尼女士之名。

除了携带的各项科学设备以外,“新视野”号还携带了有特别意义的9件“纪念品”。它们跟随“新视野”号一起飞掠冥王星,然后飞向太阳系更遥远的边缘地带。这9件“纪念品”分别是:

 

首个造访冥王星的深空探测器“新视野”号

 

冥王星发现者克莱德·汤博的部分骨灰,也随“新视野”号探测器一起飞向了冥王星

1.冥王星发现者克莱德·汤博的一部分骨灰。骨灰被装在一个容器内,安放在“新视野”号的底部。容器底部的铭文写道:“封装在此处的是美国人克莱德·W·汤博的遗骸,冥王星及太阳系‘第三地带’的发现者,阿黛尔和芒罗的儿子,帕特丽夏的丈夫,安妮特和奥尔登的父亲,天文学家,教师,段子手,以及挚友:克莱德·W·汤博(1906-1997)。”

2.一张“送你的名字去冥王星”的光盘,上面保存有434000人的名字,记录了全部参与该计划人们的名字。

3.一张记录“新视野”号全部团队成员照片的光盘。

4.美国佛罗里达州的一枚25美分硬币,新视野号是在这个州发射升空的。

5.美国马里兰州的一枚25美分硬币,新视野号是在这个州建造的。

6.从太空船一号上切下的一小块部件被安装在新视野号探测器的下层甲板内部,两面都有铭文。正面写道,“为了纪念太空船一号在促进航天飞行方面所起到的历史性作用,它的一部分将伴随另一艘历史性的航天器——新视野号一同飞行。新视野号是地球针对冥王星,太阳系中已知距离最远的行星,开展的首次探测任务。”背面写道,“太空船一号是地球上第一艘私人资助的载人航天器。太空船一号于2004年从美国起飞进入太空。”

7.一面美国国旗。

8.另一个版本的美国国旗。

 

首个造访冥王星的深空探测器“新视野”号

 

9.1991年的美国邮票一枚,上面写道“冥王星:尚未探测”。

据“新视野”号首席科学家艾伦·斯特恩博士披露,美国邮政将在“新视野”号抵达冥王星后发行一枚新的冥王星纪念邮票。



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