這看起來是個(ge) 簡單的問題,但要說清楚卻比較難。如果大家有興(xing) 趣,就耐心聽我說完。
冥王星的特殊身份
冥王星是迄今為(wei) 止人類知道距離地球最遠的一顆矮行星。當冥王星剛被發現的時候,人們(men) 不認為(wei) 它是一顆很小的星球,還以為(wei) 是一顆比地球大的星球。因為(wei) 那個(ge) 時候望遠鏡還不高級,還完全看不清這麽(me) 遠的星球。即便到了現在,最有名的哈勃太空望遠鏡看到的冥王星也就是一個(ge) 小小的亮點,隻有一個(ge) 像素大小(下圖)。
冥王星是1930年被美國葉凱士天文台的克萊德·湯博發現的,他在拍攝的照片中發現了一個(ge) 移動的暗弱亮點(下圖),科學家們(men) 分析認為(wei) 可能是一顆新的行星,由此,冥王星被認為(wei) 是太陽係第九大行星。冥王星頂著太陽係行星老九的身份一直過了70年。
後來,天文學家們(men) 發現冥王星似乎並不大,甚至沒有太陽係八大行星中的某些大點的衛星大,而且一直認為(wei) 是其衛星卡戎星,似乎不應該算作它的衛星,因為(wei) 嚴(yan) 格意義(yi) 上來說,卡戎並不是圍繞著冥王星旋轉,它們(men) 之間引力的質點在雙方體(ti) 積以外的一個(ge) 空間,雙方都繞著這個(ge) 空間質點旋轉,沒有誰依靠誰。
後來,發現越來越多的天體(ti) 與(yu) 冥王星類似,冥王星的行星地位就岌岌可危了。
根據行星定義(yi) ,冥王星被踢出行星隊伍
為(wei) 了明確行星的地位,國際天文學聯合會(hui) 為(wei) 行星設定了三個(ge) 基本條件:1、必須圍繞著太陽公轉;2、質量足夠大,引力克服剛體(ti) 力實現了流體(ti) 靜力平衡,也就是讓自己成為(wei) 球形;3、清空自己軌道上的天體(ti) 。
冥王星顯然沒有做到第三條,其軌道上其他天體(ti) 總量,遠遠超過冥王星質量,冥王星的質量隻有這些天體(ti) 總質量的7%;而地球質量是軌道上其他天體(ti) 質量的170萬(wan) 倍,這不包括月球,因為(wei) 月球是地球的真正天然衛星,雙方引力質點是在地球體(ti) 積以內(nei) 。
冥王星還有許多區別行星的運行狀態,如公轉軌道太扁,甚至穿越了海王星軌道,也就是有時比海王星距離太陽還要近。這樣,國際天文學聯合會(hui) 於(yu) 2006年通過投票決(jue) 定,將冥王星排除出行星隊伍,開始編入小行星係列,後來又定義(yi) 為(wei) 矮行星。
許多人對冥王星的遭遇不滿,認為(wei) 國際天文學聯合會(hui) 處理不公,如果按行星條件第三條,很多行星軌道都有天體(ti) ,而且衛星也應該算在軌天體(ti) ,由此認為(wei) 這個(ge) 所謂行星條件是不切實際的。這裏麵反對最激烈最有名的代表是,NASA(美國宇航局)負責新視野號冥王星任務的首席研究員艾倫(lun) ·斯特恩,他嘲笑國際天文學會(hui) 行星定義(yi) “令人討厭”,是“類似於(yu) 馬戲團的程序”,認為(wei) “科學最終還是會(hui) 自我糾正”。
但不管怎樣,十幾年過去了,科學並沒有糾正這個(ge) “錯誤”,冥王星的矮行星地位似乎已成定論。因為(wei) 發現越來越多的矮行星,有的體(ti) 積當時還認為(wei) 超過冥王星,如鬩神星。不過後來新視野號到達冥王星後,為(wei) 冥王星正了名,鬩神星還是略小於(yu) 冥王星,冥王星依然牢固的占據著矮行星老大地位。
但無論怎樣,冥王星回歸九大行星之列呼聲終究沒有得到結果。後來,艾倫(lun) ·斯特恩負責的新視野號成為(wei) 第一艘探望冥王星的探測器,傳(chuan) 回了許多冥王星的資料,這給了為(wei) 冥王星打抱不平的人們(men) 莫大的安慰。
冥王星距離我們(men) 有多遠?
冥王星是圍繞著太陽公轉的矮行星,其運行軌道是一個(ge) 比任何行星軌道都要扁的橢圓,近日點為(wei) 29.658 AU(天文單位,1AU為(wei) 149597870千米,一般簡化為(wei) 1.5億(yi) 千米),也就是約44.368 億(yi) 千米;遠日點為(wei) 49.305 AU,約73.76億(yi) 千米, 偏心率達到0.2482,地球偏心率才0.0167。
冥王星圍繞著太陽公轉一圈需要247.94 年,也就是說自從(cong) 人類發現冥王星,到現在91年了還隻轉了2.72分之一圈,還需要約157個(ge) 地球年才能夠轉完一圈。那時候如果各位還有孫子的孫子的話,再去研究冥王星或許會(hui) 有不同的結論。
地球距離太陽約1.5億(yi) 千米,這樣距離冥王星最近時就是不到43億(yi) 千米(恰好冥王星運行到近日點,又與(yu) 地球在太陽的同一側(ce) ,這種概率要幾百年才有一次),最遠時就有75億(yi) 千米了。現在的冥王星正運行在介於(yu) 近日點和遠日點之間,距離地球約60億(yi) 千米。
憑人類現在的飛天技術,到達冥王星要多久?
人類目前還沒有能夠載人到達冥王星的技術,人類腳印到達最遠的地方還是月球,現在開始計劃登陸火星了,即便在未來10年,人類實現了登陸火星的任務,火星到地球還不到1億(yi) 千米(最近時隻約5500萬(wan) 千米),隻是到達冥王星旅途的不到60分之一。
因此,要到冥王星,現在隻有無人探測器能夠到達。人類現在飛行最遠的探測器是旅行者1號,它於(yu) 上世紀七十年代發射升空,至今已經在太空遨遊了44年了,現在的飛行速度約17km/s,距離我們(men) 已有228億(yi) 多千米了。
太空飛行有三個(ge) 宇宙速度,第一宇宙速度是地球環繞速度,為(wei) 7.9km/s;第二宇宙速度是脫離地球引力速度,為(wei) 11.2km/s;第三宇宙速度是脫離太陽係速度,為(wei) 16.7km/s。因此,人類要飛出地球,脫離地球引力飛往其他行星,包括到冥王星,最低達到的速度需要11.2km/s。
如果按照11.2km/s的第三宇宙速度,飛到60億(yi) 千米距離的冥王星,簡單計算需要約17年。但在太空飛行不是這麽(me) 簡單的。
首先,如果初始速度為(wei) 11.2km/s,中途一直沒有加速,飛往冥王星是背著太陽飛,太陽引力會(hui) 將飛行器拉得越來越慢,到達時間就會(hui) 大大延後;其次,地球在運動,冥王星也在不停運動,其公轉速度為(wei) 每秒4.743km,因此向著冥王星飛絕不是一個(ge) 標準直線距離,而是一個(ge) 曲線,距離就會(hui) 大大增加。
這樣到達冥王星的時間就會(hui) 存在許多變數。不過現在已經有了一艘探測器到達過冥王星,這就是NASA發射的新視野號(也叫新地平線號)探測器,我們(men) 依循它的軌跡來了解一下。
新視野號探測器的冥王星探測之路
前麵說過,有一位科學家對冥王星被開除出行星隊伍的遭遇十分不滿,這位科學家就是NASA的新視野號冥王星任務首席技術官艾倫(lun) ·斯特恩。由此,他花了更多的精力和感情傾(qing) 注在新視野號探測器上,希望這艘探測器能夠更早些光顧冥王星,安慰一下這顆距離最遠失落孤獨的天體(ti) ,讓它也享受一回行星待遇(所有行星都有過探測器光顧)。
新視野號探測器不負眾(zhong) 望,於(yu) 2006年1月19日順利發射升空,入軌速度為(wei) 16.26km/s,成為(wei) 有史以來發射初始速度最快的飛行器。不到9個(ge) 小時,新視野號就飛越了月球軌道,不到三個(ge) 月於(yu) 4月7日就穿越了火星軌道,5月進入小行星帶,10月穿越小行星帶。
2007年2月28日,新視野號飛躍木星,最近距離為(wei) 230.5萬(wan) km。經過木星引力彈弓效應將速度提升到21.219km/秒。至此,新視野號進入漫長空曠的深空旅途,為(wei) 了節省電力,地麵指揮人員讓新視野號進入了休眠狀態。2008年6月8日,新視野號穿越土星軌道;2011年3月18日,新地平線號穿過天王星軌道;2014年8月24日,新地平線號穿過海王星軌道。
這一路約三分之二的旅途,新視野號都在睡大覺,足足睡了1873天,沒有睜眼看這個(ge) 黑黑的世界一眼。由於(yu) 太陽的引力牽製,速度已經降到15km/s以下了。2014年12月18日,地麵指揮係統通過太空網絡,成功將新視野號喚醒。當它睜開迷糊的睡眼時,距離冥王星還有7個(ge) 月的旅程,於(yu) 是它嘟嚕了一句:“為(wei) 啥不讓我多睡會(hui) ”。
終於(yu) 看到冥王星了,冥王星激動興(xing) 奮地向這個(ge) 人類使者招手。2015年7月14日,新視野號飛躍冥王星,最近距離為(wei) 13695km,飛躍卡戎星,最近距離為(wei) 29473。這個(ge) 距離對我們(men) 地球普通人來說,似乎還是很遙遠,但在太空天體(ti) 世界,卻已經是很近了,由此新視野號將冥王星仔仔細細看了個(ge) 遍,得到了許多人類從(cong) 來沒有的珍貴數據。
人類通過新視野號,不但更多地了解了冥王星,還了解了其伴星(原來認為(wei) 是衛星)卡戎及其另外3顆衛星的很多信息。測出冥王星直徑為(wei) 2376.6km,質量為(wei) 1.303*10^22kg(±0.003),表麵積為(wei) 1.779*10^7km^2;卡戎星直徑為(wei) 1212 km,質量為(wei) 1.586*10^21 kg(±0.015)。
除此之外,對冥王星的地形地貌、表麵狀態也有了許多新發現,如冥王星的巨大心型地貌,以及冰川上蝸牛狀物質。新視野號從(cong) 發射出發到飛躍冥王星一共用了9年半的時間,飛過了59億(yi) 千米的征程,平均時速約20km/s。但經曆長時間與(yu) 太陽引力的抗爭(zheng) 後,此時新視野號的速度隻有13.87km/s了。
新視野號新的征途
掠過冥王星後,新視野一刻也沒有歇息,而是接受了NASA交給它的拓展任務,到更遠的柯伊伯帶探望“天涯海角”(小行星2014 MU69)。它不負眾(zhong) 望,於(yu) 2019年1月1日飛躍“天涯海角”,如期發回了這顆小行星的照片和資料,由此,這個(ge) 有點像花生的小行星成為(wei) 人類探測器到過的最遠天體(ti) ,距離地球64億(yi) 千米。
完成了太陽係最後一次探測任務後,新視野號依然沒有停步,又根據人類指令,繼續向太陽係外飛去,探索那渺茫的未知世界。他身上帶有很多小玩意,包括並不限於(yu) 冥王星發現人克萊德·湯博的部分骨灰;一麵美國小國旗;一張CD,上麵刻有在“飛往冥王星”網站上簽名的45萬(wan) 人類姓名,和新視野號團隊成員照片;探測器製造地馬裏蘭(lan) 州和發射地佛羅裏達州的25美分硬幣各一枚;太空船一號上切下的一小塊部件;1991年的美國郵票一枚,上麵寫(xie) 著:“冥王星:尚未探測”。
新視野號是NASA正在飛往太陽係外的第5艘探測器,之前已經向太陽係外飛去的探測器有:1972年和1973年先後發射的先驅者10號和11號;1977年先後發射的旅行者1號和2號。這些探測器從(cong) 不同方位正在飛離太陽係,各自孤獨的飛在廣袤的太空,作為(wei) 人人類忠實使者,將向著遙遠的深空一直飛下去。
前程充滿了風險,它們(men) 的下場有很多可能,如被小行星碎片擊毀,被天體(ti) 引力捕獲等。它們(men) 最好的結局是被地外文明捕獲,由此讓這些“外星人”知道在遙遠的地球,有一個(ge) 正在崛起的文明,他們(men) 或它們(men) 並不孤獨。
它們(men) 在沒有大氣的太空可以存在10億(yi) 年。按照旅行者1號的速度,飛出1光年半徑的太陽係就需要至少17000年;按照新視野號的速度,飛出太陽係則需要2萬(wan) 多年。如果它們(men) 真的在億(yi) 萬(wan) 年後某一天,遇到了“外星人”,向這些“外星人”訴說人類的故事和一路的艱辛,或許它們(men) 出發的家園早就滄海桑田了,那時候人類還在不在地球,或者滅絕沒滅絕都不知道呢。
由此,它們(men) 將成為(wei) 人類文明曾經在這個(ge) 宇宙存在過的唯一證據,這個(ge) 結局或許有些悲哀。
在這裏特別強調一下,許多人老認為(wei) 不要暴露地球坐標,否則會(hui) 受到入侵。這實在是一種幼稚的想法,是受了所謂“黑暗森林”假設以及某些科幻迷惑。在宇宙中,文明太過稀少,每個(ge) 文明有每個(ge) 文明的不同孕育環境,有能力“入侵”的高等級文明需求隻有一個(ge) ,恒星能量,這種能量宇宙到處都是,地球沒有什麽(me) “資源”可供“外星人”掠奪,因此所謂“入侵”是完全不成立的。
好吧,現在來說當前的結論:
冥王星距離我們(men) 約60億(yi) 千米,現在人類的無人探測器飛到冥王星大概需要10年左右,載人飛船前往冥王星大概還是100年以後的事情,那時候或許人類已經突破深空航行的速度瓶頸,幾個(ge) 小時或幾分幾秒就到達也未可知。
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