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陈蓝:外太阳系探索列入航天白皮书,中国将成新玩家
最后更新: 2022-01-30 13:59:44这使得它也具备了生命存在的必要条件。如果成功,它不仅将打破美国在外太阳系的垄断,其风头很可能会盖过稍后到达木星的美国“欧罗巴快帆”,因为木星冰月探测器将会是太阳系内第一个围绕地外卫星运转的人类探测器。
木星冰月探测器。来源:ESA
而中国的木星探测任务发射时间稍晚,预计在2029年左右。按照最新论文,中国木星探测器有两个可选方案:第一方案是木卫四环绕器(JCO, Jupiter Callisto Orbiter)将进入木卫四轨道并投放着陆器;第二方案是木星系观测器(JSO, Jupiter System Observer)将先靠近木卫一,观察其火山和地质活动,最终将停留在木日拉格朗日点长期观测木星系统。探测器的最终方案尚未选定,但肯定会采用核能供电和电推系统。这个探测器的技术难度和技术水平和美欧探测器在同一级别。中国有机会成为第一个软着陆木卫的国家。如果成功,我们可以自信地说,我们已经赶上了美国。
如果说欧洲是率先打破美国垄断,那么未来超越美国恐怕只有中国能够担当。中国计划中的海王星探测项目或将使美国黯然失色。这个探测器将在2030年由长征五号以及远征一号发射,2033年,木星引力加速,途中探测主带小行星和半人马小行星各一颗(将释放两颗纳卫星就近探测)。2040年,进入海王星轨道并释放两颗微卫星探测海王星和海卫一大气层,然后持续工作15年。它将成为将有史以来最远的地外行星轨道器,将采用的200千瓦热功率热管冷却快堆、10千瓦电功率温差发电、外行星深空全程电推(总推力320毫牛),全都是世界第一。
中国海王星探测器。来源:ESA
旅行者2号1989年飞掠海王星是人类对它仅有的一次近距离探测,但已经令人惊叹不已了。海王星和天王星是太阳系内已知仅有的两颗所谓的“冰行星”,其实它的表面是水、氨和甲烷混合的流体,只是温度低至约零下200度,才冠以冰一词。海卫一表面温度低达零下235度,却没撞击坑的痕迹。旅行者2号发现了它的表面物质喷发,显示了活跃的地质活动或冰下海洋活动。在远离太阳、几乎没有外部能量输入的地方,它的能量从何而来?它的大部分表面覆盖了一层薄薄的水冰和氮冰,有氮(重要生命物质)构成的极为稀薄的大气。它的冰下是否存在液体海洋?那里是否存在生命?这些谜团都有待揭开。
海王星探测器目前是国家航天局资助预研项目,中国最重要的北京上海两大航天器研制单位、中国原子能科学研究院、中国工程物理研究院、中科院空间科学中心、北大、北航、兰大这些重磅单位都参与了海王星探测器项目。事实上,中国近年成功的月球和火星探测经验,已经为外太阳系任务奠定了坚实的技术基础,现在中国不断增强的经济实力,也是大科学项目实施的重要保证。换句话说,海王星探测器项目虽然还没立项,技术难度和挑战也极大,但很有希望。
美国本来也有一个海王星探测项目,是一个近距飞掠海卫一的“三叉戟”探测器,但不知什么缘故,去年六月它在NASA的低成本“发现”系列深空探测项目中落选。中标的两个金星探测项目虽然有一定科学意义,但在探索的深度广度以及挑战工程极限方面和中国海王星探测器相比则略逊不止一筹。
让我们回到文首提到的太阳日球层任务,日球层是太阳风能够到达的空间区域,可类比地球大气层。它和星际介质之间存在一个边界,即日球层顶,此处太阳风和星际介质压力平衡。一旦越过日球层顶,周围就全是以氢原子为主组成的极其稀薄的的星际介质了。也有些天文学家并不认为这就是太阳系的边缘,因为外面还有一个受太阳引力影响、由大约1000亿颗彗星组成、半径约一光年的奥尔特云,也应该属于太阳系。太阳系正在移动,它正在穿越一个30光年大小的星际云,即本星际云。而本星际云外面是更大更稀薄、约1000光年大小的巨大空泡——本地泡。
插播一下,请看一下地球在宇宙中的简化版“地址”,就能感觉到宇宙有多大了:宇宙、KBC空洞、双鱼鲸鱼座超星系团复合体、拉尼亚凯亚超星系团、室女座超星系团、本星系群、银河系、猎户臂、本地泡、本星际云、太阳系、地球。
旅行者2号已经告诉我们,它所穿越的日球层顶距地球120天文单位(180亿公里)。但日球层的形状和不同方向的日球层顶距离仍然是一个谜团。科学家们非常迫切地想知道日球层的形状是怎样的,它在各个方向的尺度是多少。有人猜测它是羊角面包状的,也有人猜测是蝌蚪状的。有人认为它拉得很长,也有人认为它近圆形,弄清这些问题不仅能扩展我们的知识,也能对地球未来将面对的宇宙射线变化做出长期预测。
日球层和旅行者探测器当前位置示意图(图中heliopause意为日球层顶)。来源:NASA/JPL
人类已经发射的探测器中,有五架已经飞出或将要飞出日球层。但迄今为止,只有两架旅行者号在穿越日球层顶时还在工作,飞出太阳系后还能继续发回科学数据。然而,它们都不是为日球层探测而设计的,能够获取的日球层和星际空间的探测数据非常有限。中美的这两个计划则是专门为日球层探测设计的。
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本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 沈玉萌 
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