64亿千米外,一个古老而纯净的世界正等待“冥王星猎手”。
在巴塔哥尼亚高原(南美洲东南部高原,北起科罗拉多河,南迄麦哲伦海峡,东临大西洋,西界安第斯山脉)的一片荒凉海岸线上,美国天文学家斯特恩蜷缩在一辆半拖车背后,让自己的望远镜避开劲风。这是2017年7月17日午夜刚过,时速高达64千米的劲风正扫荡该区域。
斯特恩是美国宇航局冥王星造访任务——“新地平线”的领头人。该任务有56位科学家参与,还在阿根廷的50千米大西洋海岸线上拥有24部小型射电望远镜。在5米高的钢架支撑的防水布(防风棚的建造材料全部来自当地五金店)背后,一些科学家正在躲避把望远镜吹得摇摇晃晃的狂风,还有一些科学家躲避在海滩上的天然壁龛里。
斯特恩说:“这样的条件下。观测就惨了。”但头顶的苍穹清澈透明。他们的巡天目标是前几年才发现的一个64亿千米外的阴影,它的宽度大约为22千米。当这个古老的天体从一一颗背景恒星的正前方经过时,恒星光芒的些微下降(就像一次小型日食)让尺文学家得以估算这个神秘天体的个头、形状和反射率。这些数据将让科学家指令“新地平线号”飞行器(以下简称“新地平线号”)在2018年真正抵达这个天体附近时进行准确定化,以及校准飞行器搭载的相机。最重要的是,前述恒星星光的变暗会帮助科学家发现这个天体附近那些可能会重创,甚至会摧毁“新地平线号”的太空垃圾。
然而,要想捕捉变暗的恒星星光绝非易事。这片阴影(即掩星现象)经过巴塔哥尼亚高原上空的时速达到10万千米。斯特恩团队之前两次都没能观测到这一现象。斯特恩说,这次是他们的最后机会。功夫不负有心人。这一次,24部望远镜中有5部观测到了神秘天体经过这颗恒星正前方时、作为一个暗斑所造成的恒星“眨眼”,由此揭示了在地面用其他方法无法观测到的一些细节。
至此,远在太阳系八大行星之外,确切地说是远在冥王星轨道外16亿千米的地方,作为迄今为止被地球人实地探索的最遥远天体,这个行星“王子”正在被我们仔细考量。这个被称为“2014 MU69”(以下简称MU69)的小小的、发红的世界,宽度不过几十千米。形象地说,这个天体就是美国曼哈顿岛大小的一块红土豆。2018年12月31日,天文学家们将聚集在这片巴塔哥尼亚望远镜区域,持续数小时凝望“新地平线号”以大约13千米每秒的速度掠过MU69的全过程。
MU69形成于40亿年前。斯特恩说:“漫长岁月里,它一直深度冻结在-240℃,因此它是从太阳系诞生之日起完美留存至今的一块遗骸。在此之前,从未有人探索过这样的目标,也没有探测器实地探测过这样的目标。”
2017年夏,天文学家们3次尝试捕捉这个遥远世界在经过地球时的小小阴影。因为这个阴影太小,速度又太快,所以科学家们在非洲和南美洲的多个地方部署了一系列望远镜来观测它,但都没能看到这个映在地球上、宽度在13~20千米之间的阴影。2017年7月10日,科学家在美国宇航局的波音747飞机上,通过与哈勃太空望远镜大小相仿的机载望远镜追逐这一阴影。他们只差1600米的距离和1秒的时间,却与这个阴影失之交臂。但这些尝试,再加上空间望远镜在太空中的观测,让科学家们得以优化他们的预测。抓住他们的第三次也是最后一次机会,他们终于在阿根廷观测到了MU69。这些观测结果正在帮助他们确定“新地平线号”的路径。
这是哈勃太空望远镜在2014年6月24日拍摄的MU69图像,是5幅图像的叠加。这些图像拍摄的时间间隔为10分钟绿圈显示的是MU69的位置
科学家在阿根廷夜间观测MU69掩星造访邻居
一个世纪以前,我们的太阳系看似分成兩个小组:拥有陆地的内行星(靠近太阳的行星)——水星、金星、地球和火星:大块头的外行星(远离太阳的行星)——土星、木星、天王星和海王星。1930年,美国天文学家汤博发现了冥王星。个头小小的它,看起来在太阳系的破碎边界孤独游荡。科学家对冥王星感到很好奇。很快,就有人预测冥王星只是行星“第三王国”的一部分而已。但汤博接下来的多年搜寻,却没有发现另一颗“冥王星”。
这方面的确凿证据直到50年后才出现。当时,科学家发现了冥王星最大的卫星卡戎。他们很快就意识到,冥王星和卡戎是一对矮行星在外太阳系相撞的产物。这种碰撞的概率很低,除非冥王星真的是行星“第三王国”的一部分。
1991年,斯特恩进行了相关的计算。如果只有两个类似冥王星的世界存在,那么它们相撞的概率还不到一百万分之一。这就好比你把手伸进10万吨海滩沙子里,抓出其中仅有的一粒紫色沙子。只有在外太阳系里游荡着数万颗像冥王星这样的矮行星的条件下,冥王星和卡戎的存在才说得过去。
到了1992年,天文学家手头有了工具去证明自己的这些猜测。位于美国夏威夷、装备有当时最先进相机的一部射电望远镜,发现了一个直径160千米的天体。他们称之为“1992 QB1”,也称“笑容符”。此后,科学家在这片天空区域发现了超过1000颗这样的天体。现在这个区域被称为“柯伊伯带”。它是远在海王星轨道外的一个由含冰天体组成的碟状地带,其中最有名的成员就是冥王星,而另一个主要成员即将曝光。
柯伊伯带示意图冰冷隔绝
科学家相信,MU69也是一个“典型的柯伊伯带寒冷天体”。这类天体就待在自己形成之地的圆形平坦轨道上,不受在距离太阳近的地方所发生的动荡事件纷扰。虽然小行星也是绝好的时间囊(小行星上保存着太阳系形成时期的线索),但是小行星依然遭到了木星引力的影响,还被太阳辐射“轰炸”,因此小行星的表面已经被改变。
而这样的改变在柯伊伯带并未发生。这里远离主要行星。从这里看去,太阳只是遥远距离外的一颗暗星,因此太阳对柯伊伯带天体表面的影响几乎可以忽略不计。柯伊伯带是太阳星云的真正原始材料,太阳和太阳系行星都诞生于这一星云。在恐龙时代之前,或者在树木出现之前,甚至在地球形成之前,MU69就可能已经存在。
天文学家说,“新地平线号”将前往的是迄今为止探测器能去到的太阳系中最古老的天体。非常值得期待的是,我们将在那里实地获取通过间接方式根本不可能获取的重要信息。
MU69想象图之一
MU69的阴影表明了它最可能的双叶形状,正如左下图中2017年7月17日发生在阿根廷上空的掩星所示。图中红圈揭示了MU169可能的双叶形态(下图)红色世界
天文学家之所以会认为MU69是柯伊伯带成员之一,是因为它在太阳系中的位置,也是因为它呈现的偏红色彩,以及“哈勃太空望远镜”对其他类似天体的分类。NU69偏红比冥王星还明显,这让天文学家们很惊奇,他们当中一些人甚至把MU69称为除了火星之外的“另一颗红色行星”。
冥卫卡戎表面的索林
在试验室中创制的宇宙物质索林
MU69的红色表面源于被称为索林(发现于星际空间的黏性固体物质)、吸收蓝光的碳基材料。在外太阳系发现偏红的迹象,一般都意味着天体被复杂的有机分子覆盖。天体物理学家模拟了冥王星的寒冷表面,帮助天文学家了解自己观测到的物质是什么。美国约翰斯·霍普金斯大学的行星科学家莎拉模拟了冥王星的大气层。她说,在冥王星上抓一把索林,你会觉得是在抓一把黏糊的细膏泥。另外,这种物质带有很强的静电。你用手指头戳它,它却牢牢附着在试管内壁上。
如果MU69的表面真的没有经历过多次碰撞,那么它的表面色彩和形态的主要作用力就只剩下太阳辐射了。莎拉说,太阳辐射是索林形成的主要原因,有可能正是太阳辐射对MU69的“轻微”轰击造就了今天MU69表面的覆盖物。但MU69距离太阳那么远,太阳辐射对它的影响真的会有这么明显吗?莎拉承认自己的看法只是一种猜测,事实真相是否如此有待“新地平线号”去证实,这正是“新地平线号”2018年对MU69的造访让科学家们倍感兴奋的缘由。扫描遥远世界
“新地平线号”搭载了7部科学仪器,在它的长期旅行中采集探测数据。另一奥秘
近距离观测MU69,可能有助于帮助天文学家回答另一个基本问题:行星是怎样形成的?天文学家知道,形成之初的太阳系充满小岩石,而且正是它们最终形成了行星、小行星及其他天体。参与“新地平线”计划的一位科学家指出,从理论上说,很难由太阳星云中天然形成的、鹅卵石大小的团块来构建直径数百千米的天体。在电脑模拟中,这些团块在互相碰撞时容易彼此毁灭。
天文学家正开始相信,这些石头与早期太阳系中的气体结合,然后聚集在一起,从鹅卵石大小一路生长成MU69这样的大小。为了查明这一推测是否属实,天文学家需要更近距离研究这些遥远的小天体,而在地球上这几乎不可能做到。例如,“新地平线”团队试图在地球上了解MU69的大小、形状,这其实很困难。最远飞近
说起来当然容易,但事实上,就连为了找准MU69的位置,科学家们都付出了极大的努力。美国西南研究院的科学家马克花了近10年时间,为“新地平线”团队寻找继冥王星之后的第二个目的地。这一搜寻始于2004年,也就是“新地平线号”发射之前两年。美国宇航局把“新地平线号”建造得又轻又快。这艘飞行器只花了大约9年时间,就飞行了日地(太阳与地球之间)距离的30倍,即30個天文单位,从而抵达了冥王星。这也意味着燃料最省,所以马克知道,“新地平线号”在抵达冥王星之后的任何迂回,都必须非常接近这艘飞行器已经飞过的轨迹。
让第二目的地搜寻变得更难的是,被搜索区域碰巧与充满恒星的银河系重合,夜空中的银河系星星点点,光芒闪烁。最终,在“新地平线号”飞近冥王星之前一年,马克的团队发现了目标——MU69。MU69的发现可谓恰逢其时,因为时间刚够来查明MU69的位置,并且让“新地平线号”对准它的方位。马克说:“在远在43天文单位之外能找到一个飘浮的大岩石(指MU69),而且知道几年后飞行器就会对它进行飞近探测,正是这引领我坚持自己的太空探测生涯。”
一当发现了MU69,马克团队就着手计算它的轨道,预测在2017年掩星期间它的阴影会落在地球上什么地方,其结果就是巴塔哥尼亚海滩上那些风吹雨打的望远镜阵列。幸运的是,天文学家没有在MU69周围发现潜在危机。斯特恩说:“‘新地平线号的飞行几乎一直需要不停谋划,这在太空飞行任务中几乎是独一无二的。我敢肯定某一天某些人会让飞行器飞得更远,但‘新地平线号的纪录将至少保持几十年,甚至一百年。是否如此?谁知道呢。”
“新地平线号”飞向MU69的轨迹(示意图)